5432 / 5432

30

Убрать пробку с воронки 3. Открыть кран 4 и при открытом кране 5 слить раствор перекиси водорода в реакционный сосуд 1. После того, как весь объем раствора перекиси водорода перейдет в реакционный сосуд 1, быстро закрыть краны 4 и 5 и закрыть пробкой воронку 3. Отметить время начала реакции.

Через каждые 10 минут в течение 1-1,5 часа записывать объем выделившегося газа Vt , при этом затворная жидкость в бюретке 6 и склянке 7 должна быть на одном уровне. Результаты измерений записывать в таблицу 2.

Таблица 2

Опыт заканчивается, если объем выделившегося кислорода будет немного больше половины объема кислорода, который мог бы выделиться при полном разложении перекиси водорода.

6. Обработка результатов

Определение объема кислорода, который может выделиться при полном разложении перекиси водорода V 0,O2 .

При каталитическом разложении перекиси водорода на каждые две ее молекулы выделяется лишь одна молекула кислорода. Поэтому объем кислорода, выделяемый при полном разложе-

31

следует, что 1 моль KMnO4 отвечает 2,5 моль H2O2 . Так как титрант содержит 2·10–5 моль/см3, то каждый его 1 см3 соответствует 5·10–5 моль H2O2 . Если на титрование 2 см3 пробы расходу-

перекиси водорода, тогда весь исследуемый раствор (40 см3) содержит n n1 Vиссл молей перекиси. С учетом необходимой размерности объема (м3) и давления 1 мм рт. ст. = 133 Па, в расчетном уравнении получим

где T – температура воздуха в лаборатории, К.

Оределение объемов кислорода, выделившегося в различ-

где РВ – атмосферное давление во время работы; PH2O – давле-

ние пара воды при различных температурах (приведено в табл. 3). Полученные значения объема кислорода с учетом давления насыщенного пара воды записать в таблицу 2.

32

Определение константы скорости для различных значений времени t. По экспериментальным результатам табл. 2 рассчитать 6 значений константы скорости по уравнению (65).

Определить среднее значение константы скорости k . Определить размерность константы скорости реакции

Построить график зависимости Vt0,O2 f t (рис.7). На оси

ную линию и определить по графику время полураспада t 1 в

2

минутах. Если кислорода выделилось недостаточно, значение

раполировать до пересечения с горизонтальной линией со значе-

Вычислить значение константы скорости по времени полураспада по уравнению для реакции первого порядка

22

исравнить полученное значение со средним значением константы скорости:

Vt0,O2

1 V 0

2 ,O2

Рис.7. График зависимости Vt0,O2 f t

7. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

цель работы; основные, используемые в работе формулы; экспериментальные результаты; расчёты; графики; выводы.

8. Контрольные вопросы

1.Основные понятия химической кинетики (порядок реакции, молекулярность, скорость).

2.Закон действующих масс, константа скорости реакции.

3.Кинетика реакций первого порядка.

4.Кинетика реакций второго порядка.

5.Влияние температуры на скорость реакции, уравнение Аррениуса, его анализ.

6.Катализ, его виды.

7.Основные закономерности катализа.

34

Лабораторная работа №3

Определение константы скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира

1. Цель работы – экспериментальное определение константы скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира.

2 . Содержание работы

Реакция омыления эфира щелочью

CH3COOC2 H5 NaOH CH3COONa C2H5OH .

Кинетика реакции омыления эфира щелочью изучается путем анализа проб, взятых из реакционного сосуда, содержащего эфир и щелочь, через определенные интервалы времени. Концентрация щелочи в пробе определяется с помощью обратного титрования. Объем титранта, пошедшего на титрование пробы после окончания реакции определяется анализом части реакционной смеси, нагреваемой в течение часа на водяной бане с обратным холодильником, которая перед взятием пробы охлаждается до комнатной температуры.

3. Описание оборудования

Для выполнения работы необходима следующая посуда: конические колбы на 250 см3 – 6 штук, пипетка на 50 см3 – 1 штука, пипетка на 20 см3 – 1 штука, пипетка на 25 см3 – 1 штука, мерная колба на 250 см3 – 1 штука, колба на 500 см3 с пробкой – 1 штука.

В работе используется обратный холодильник и водяная ба-

ня.

Реактивы: раствор HCI 0,03 М (приготовленный из фиксанала), раствор NaOH (или КОН) 0,03 М, фенолфталеин (индикатор) и уксусноэтиловый эфир.

35

4. Техника безопасности

При выполнении работы необходимо соблюдать правила работы в химической лаборатории, инструкция ИОТ РО–06–02– 2010.

5. Порядок выполнения работы

Для нахождения точных значений константы скорости реакции омыления, необходимо предварительно определить соотношение концентраций растворов щелочи и кислоты. Так как раствор кислоты готовят из фиксанала и концентрация его точно указана на банке, а раствор щелочи готовят по навеске и его концентрация немного отличается от указанной на банке.

Отобрать пипеткой две пробы по 20 мл 0,03 М раствора соляной кислоты, добавить 3–5 капель фенолфталеина и оттитровать 0,03 М раствором щелочи до появление устойчивой розовой

окраски. Определить средний объем щелочи (титранта) Vщ , по-

шедшей на титрование 20 мл 0,03 М раствора соляной кислоты и рассчитать соотношение:

Записать результаты определения в табл.1.

36

Определение константы скорости реакции.

Приготовить 250 см3 0,27 М раствор уксусноэтилового эфира. Для этого в мерную колбу емкостью 250 см3 налить примерно половину колбы дистиллированной воды, добавить (в препараторской) ~ 0,7 мл уксусно-этилового эфира и долить до метки дистиллированной водой, содержимое перемешать.

(Расчет объема эфира, необходимого для приготовления указанного раствора. Молекулярная масса эфира равна 88 г, поэтому для приготовления 1 литра 0,027 М раствора нужно 88 · 0,027 = 2,38 г эфира, а для приготовления 250 см3 0,027 М раствора нужно 0,595 г эфира. Так как плотность данного эфира равна 0,901 г/см3, то объем эфира составит Vэф =0,595 : 0,901 = 0,66 см30,70 см3.)

Вылить раствор уксусноэтилового эфира в реакционную колбу на 500 см3, закрыть пробкой. Мерную колбу промыть дистиллированной водой. Отмерить мерной колбой 250 см3 0,03 М раствора щелочи и вылить в реакционную колбу, куда ранее был вылит раствор эфира, закрыть пробкой. Отметить по часам мо-

мент сливания растворов (момент начала реакции) с точностью до 1 мин. Реакционную смесь хорошо перемешать. Реакционная колба должна быть всегда закрыта пробкой во избежание поглощения щелочью двуокиси углерода.

Реакция омыления эфира заканчивается через сутки, а для расчета константы скорости реакции необходимо знать объем титранта, пошедшего на титрование пробы после окончания реакции (V ,щ ). Поэтому часть реакционной смеси выдерживают

при высокой температуре, для того, чтобы реакция прошла до конца. Для этого, после сливания щелочи с эфиром и перемешивания раствора, в круглую колбу на 250 см3 с плоским дном налить около 100 см3 реакционной смеси. Соединить колбу с обратным холодильником и опустить в водяную баню, нагревать при температуре 80–900С не менее 1 часа.

Отбирать пробы для анализа из колбы с реакционной смесью, находящейся при комнатной температуре, с интервалом 20 минут в течение 1 часа (три пробы).

Предварительно до отбора пробы в коническую колбу для титрования на 250 см3 налить с помощью пипетки 25 см3 0,03 М

37

соляной кислоты. Добавить пипеткой 50 см3 реакционной смеси и затем 3–5 капель фенолфталеина. Полученную смесь титровать 0,03 М раствором щелочи (КОН или NaOH) до появления розовой окраски раствора. Объем щелочи, пошедшей на титрование Vt,щ занести в табл.2. В табл.2 указать t – время обора пробы

(время протекания реакции). Такое титрование является обратным титрованием: остаток щелочи, непрореагировавшей с эфиром, нейтрализуют кислотой, избыток которой оттитровывают щелочью.

Снять прогретую колбу с реакционной смесью с обратного холодильника, охладить до комнатной температуры под струей водопроводной воды. Отобрать пробу 50 см3 в коническую колбу на 250 см3, предварительно налив в нее 25 см3 0,03 М соляной кислоты, и титровать раствором щелочи, как описано выше. Результаты титрования (V ,щ ) записать в табл.2.

38

6. Обработка результатов

Так как в этой работе не проводилось прямое титрование щелочи в реакционной смеси кислотой, а проводилось обратное титрование, объемы, используемые при расчете константы скорости нужно рассчитать. Объем соляной кислоты V0 , идущий при прямом титровании на нейтрализацию щелочи до начала реакции при t 0, определить по уравнению

При обратном титровании экспериментально получили объем щелочи Vt,щ , пошедший на титрование пробы с добавлением со-

ляной кислоты, через время t от начала реакции.

Обозначим Vк – объем кислоты, см3, который добавляли к пробе (Vк = 25 см3). Тогда объем кислоты, который пошел бы при прямом титровании щелочи кислотой Vt , будет равен:

Аналогично объем кислоты, который пошел бы на титрование щелочи кислотой при прямом титровании после окончания реакции будет равен

cщ V 25 V ,щ ск

Все результаты расчетов занести в табл. 2. Затем определитьV0 V и также записать в табл. 2.

Три константы скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира рассчитать по уравнению (71)

39

где t – время, мин; V0 , Vt , V – объемы (см3) соляной кислоты, идущей на нейтрализацию щелочи в пробе при прямом титровании до начала реакции, в момент времени t и по окончании реакции t ; ск – концентрация кислоты, моль/дм3.

Рассчитать kср и записать в табл. 2. Определить размерность

константы скорости реакции второго порядка и также указать в табл. 2.

7. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1.цель работы;

2.основные, используемые в работе формулы;

3.экспериментальные результаты;

4.расчёты;

5.графики;

6.выводы.

8.Контрольные вопросы

1.Основные понятия химической кинетики (порядок реакции, молекулярность, скорость).

2.Закон действующих масс, константа скорости реакции.

3.Кинетика реакций первого порядка.

4.Кинетика реакций второго порядка.

5.Влияние температуры на скорость реакции, уравнение Аррениуса, его анализ.

6.Катализ, его виды.

7.Основные закономерности катализа.