Применение методов титрования в кинетических исследованиях

Цель работы: определить значения константы скорости реакции кислотного гидролиза этилацетата при разных температурах. Рассчитать энергию активации.

Реактивы: 0,2 M раствор соляной кислоты; этилацетат; 0,05н. раствор NaOH; фенолфталеин; дистиллированная вода

Посуда и приборы: термостат; стаканчики; конические колбы 100 мл (2 шт.); бюретки на 25 мл и градуированные пипетки

Скорость реакции гидролиза этилацетата

СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О = С₂Н₅ОН + СН₃СООН.

значительно увеличивается в присутствии соляной кислоты в качестве катализатора. Скорость ее описывается кинетическим уравнением второго порядка  = k·С_А·С_B , т.е. порядок реакции и ее молекулярность в данном случае совпадают. Однако в разбавленном водном растворе гидролиз идет как реакция первого порядка и практически до конца. При таких условиях эту реакцию можно отнести к классу псевдомолекулярных. Кинетику этой реакции следует изучать титриметрическим методом, оттитровывая в течение реакции образующуюся уксусную кислоту щелочью. Поэтому сущность работы сводится к отбору и титрованию проб смеси через определенные, точно фиксированные промежутки времени.

Для реакции первого порядка будет использоваться уравнение:

где τ – время начала реакции, мин; b_∞ – объем NaOH, пошедший на титрование последней пробы, мл; b₀ – объем NaOH, пошедший на титрование первой пробы, мл; b_τ – объем NaOH, пошедший на титрование пробы, взятой в момент времени τ, мл.

Порядок выполнения работы.

В две пронумерованные чистые сухие колбы емкостью 100 мл наливают по 50 мл 0,2 M раствора соляной кислоты; колбы помещают в термостаты с указанной преподавателем температурой (например, колба № 1 – 25 °С, колба № 2 – 40 °С). После того, как растворы примут температуру термостата (через 10÷15 минут), к ним приливают по 5 мл этилацетата и, перемешав содержимое колбы, немедленно отбирают пипеткой пробу объемом 2 мл. Момент отбора первой пробы считают началом реакции.  Добавление этилацетата в колбу № 2 производят через 5-10 минут после начала реакции в колбе № 1.

Взятую пробу выливают в колбу с 40÷50 мл предварительно охлажденной дистиллированной воды (t от 0 до 2 °С) для торможения реакции и титруют 0,05 н. раствором NаОН с фенолфталеином до появления устойчивого слабо-розового окрашивания.

Следующие пробы отбирают через 15, 30, 45, 60 и 75 минут после начала реакции.

Титрование первой пробы позволяет определить концентрацию соляной кислоты в реакционной смеси. Для определения исходной концентрации этилацетата необходимо оттитровать пробу, взятую после окончания реакции. Для ускорения реакции гидролиза эфира одну из колб после отбора последней пробы нагревают с обратным холодильником на водяной бане при температуре 70÷80 °С в течении 30 минут и, охладив раствор, титруют пробу объемом 2 мл.

Полученные данные заносятся в таблицу 5.

Таблица 5 – Экспериментальные данные титрования

№ пробы	время отбора пробы	Время от начала реакции, мин	bτ, мл	ln(b∞– bτ)

Для определения константы скорости реакции используется графический метод. Для этого строится график зависимости ln(b_∞– b_τ)= f(τ)

Тангенс угла наклона прямой к оси времени численно равен константе скорости реакции k= – tgα=tgβ.

    Для определения энергии активации используется следующая математическую зависимость:

где R – универсальная газовая постоянная; Т₁, Т₂ – температуры, К; k₁, k₂ – соответствующие константы скорости реакции.