5432 / 5432

40

Лабораторная работы №4

Изучение кинетики реакции йодирования ацетона

1.Цель работы – исследование зависимости константы скорости реакции йодирования ацетона от температуры, определение энергии активации.

2.Содержание работы

Реакция йодирования ацетона

H

CH3COCH3 J2 CH3COCH2 J HJ

Реакция протекает в присутствии катализатора катиона водо-

рода H и является автокаталитической реакцией. Кинетика реакции изучается путем отбора проб в различные моменты времени и титрованием оставшегося йода в присутствии крахмала раствором тиосульфата натрия. Реакция проводится при двух темпе-

ратурах; комнатной температуре и при температуре 40 С. По значениям констант скоростей реакции при двух температурах рассчитывается энергия активации реакции.

1. Описание оборудования

Для работы необходимо иметь 2 мерных колбы на 250 см3, градуированную пипетку на 10 см3 и две пипетки на 20 см3, 6 конических колб объемом в 250 см3, одну бюретку на 25 см3, термостат или водяную баню.

Для работы потребуются следующие реактивы: 0,1М раствор йода в 4%-ном растворе KЈ, 1М раствор НСI, 1,36М раствор ацетона, 0,1М раствор NаНСО3, крахмал и 0,01М раствор тиосульфата натрия (1/2 Nа2S2O 3).

41

4. Техника безопасности

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

5.Порядок выполнения работы

Впроцессе выполнения данной работы, во избежание возможных ошибок, необходимо колбу с реакционной смесью закрывать пробкой, следить за постоянством температуры термостата (водяной бани), чистотой посуды и тщательностью отбора проб.

На первом этапе работы нужно определить константу скорости реакции при комнатной температуре. На втором этапе – при

температуре 40 С.

Вдве мерных колбы на 250 см3 налить по 20 см3 0,1М рас-

твора йода в 4%-ном растворе KJ. Добавить в обе колбы пипеткой 10 –20 см3 1М раствора НСI (по указанию преподавателя). В

обе колбы налить дистиллированной воды до 2/3 объема колб. Добавить в первую колбу 20 см3 раствора ацетона. Момент вливания ацетона отметить по часам с точностью до минуты.

Принять за начало реакции (t 0) время добавления ацетона в реакционную смесь. После добавления ацетона объем раствора в первой колбе быстро довести до метки дистиллированной водой, содержимое колбы тщательно взболтать.

Втри конические колбы налить с помощью мерного цилиндра 20 см3 0,1М NaHCO3.

Отбирать пробы пипеткой на 20 см3 с интервалом в 20 мин в течение 1 часа. Первую пробу, взятую через 20 мин от начала реакции, вылить в колбу с раствором NaHCO3. Вначале тировать 0,01М раствором Na2S2O3 пробу без добавления крахмала до перехода оранжевой окраски в желтую (так как крахмал связывает йод в прочный комплекс и возможно перетитровывание пробы). Затем добавить 4-5 капель крахмала, раствор примет темно-серый

42

цвет. Далее титрование продолжается до перехода окраски в фиолетовый цвет, после этого титрант добавляется по каплям сначала до синей окраски, затем до первого обесцвечивания. Затем пробы отбирать через 40 и 60 мин от начала реакции и аналогично титровать. Расход тиосульфата натрия на каждую последующую пробу должен уменьшаться. Результаты титрования записать в таблицу 1.

Таблица 1

На втором этапе работы опыты проводятся при температуре 40 С. Вторую колбу, уже содержащую 20 см3 0,1М раствора йода

43

в 4%-ном растворе KJ и 10 –20 см3 1М раствора НСI, поместить в водяную баню (термостат), туда же поместить колбу на 100 см3 с

дистиллированной водой. Нагреть до 40 С и выдержать при этой температуре 15-20 мин (это можно сделать после второго титрования при комнатной температуре). После того, как вторая колба прогрелась, добавить в нее не вынимая из водяной бани, 20 см3 раствора ацетона и принять за начало реакции (t 0) время добавления ацетона в реакционную смесь. Затем быстро долить теплую дистиллированную воду из колбы на 100 см3 до метки, вынуть колбу из водяной бани, быстро перемешать и снова поставить в водяную баню.

В три конические колбы налить с помощью мерного цилиндра 20 см3 0,1М NaHCO3. Отбирать последовательно три пробы из реакционной колбы пипеткой на 20 см3 с интервалом в 5 мин в течение 15 мин. Отобранные пробы выливать в колбы для титрования, содержащие 20 см3 0,01М раствора NaHCO3. Во время отбора проб колбу из термостата не вынимать.

Содержание йода определить титрованием 0,01М раствором Na2S2O3 в присутствии крахмала аналогично, как описано в первом этапе работы. Результаты занести в таблицу.

6. Обработка результатов

В таблице, с0,a и cH – начальные концентрации ацетона и ионов водорода, определяются из закона эквивалентов:

в этом соотношении c1, V1 – концентрация и объем исходных реагентов, c2 , V2 – концентрация и объем этих реагентов в реакционной колбе (250 см3).

44

Концентрация ацетона, подвергшегося превращению за время t (cx ) определяется титрованием реакционной смеси раствором тиосульфата натрия и рассчитывается по формуле

где V0 – количество мл 0,01М раствора Na2S2O3, которое должно быть израсходовано на титрование в момент начала реакции. Объем V0 определяется графически: построить график зависимости объема тиосульфата натрия Vt от времени t для комнатной температуры, экстраполировать график до пересечения с осью ординат, значение объема, отсекаемое на оси ординат и будет V0 .

– количество (см3) пробы, взятое для титрования (в дан- = 20 см3).

Константу скорости ( k ) следует рассчитать по кинетическому уравнению реакции второго порядка, которое имеет вид

где t – время реакции, мин.

Значение энергии активации ( E ) определить из уравнения

где k1, k2 – константы скорости реакции при температуре T1, T2 соответственно.

Сделать вывод о влиянии температуры на скорость химической реакции.

45

8. 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.

Список рекомендуемой литературы

1.Стромберг, А. Г. Физическая химия / А. Г. Стромберг,

Д.С. Семченко. – М.: Высш. шк., 2006. – 528 с.

2. Краснов, К. С. и др. Физическая химия. Т. 2 /

К.С. Краснов [и др.]. – М.: Высш. шк., 2001. – 319 с.

3.Основы физической химии. Теория и задачи: учеб. пособие для вузов / В. В. Еремин, С. И. Каргин, И. А. Успенская, Н. Е. Кузьменко, В. В. Лунин. – М.: Изд-во "Экзамен", 2005. – 480 с.

46

Содержание

Основные теоретические положения по кинетике химических реакций и катализу…………………………………………………….2 Лабораторная работа №1. Определение константы скорости гомогенной каталитической реакции разложения перекиси водорода…………………………………………………………………….22 Лабораторная работа №2. Определение константы скорости гетерогенной каталитической реакции разложения перекиси водорода……………………………………………………………….28 Лабораторная работа №3. Определение константы скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира………………………….35 Лабораторная работы №4. Изучение кинетики реакции йодирования ацетона…………………………………………………………41

47

Составители

Нина Михайловна Ким Наталья Петровна Лесникова

КИНЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине žФизическая химия¤ для студентов специальностей:

240401 €Химическая технология органических веществ“,

240301 €Химическая технология неорганических веществ“,

240403 €Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов“, 240502 €Технология переработки пластических масс и эластомеров“, 280705 €Инженерная защита окружающей среды“

всех форм обучения

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 29.12.2012. Формат 60Â84⁄16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 3,0. Тираж 40 экз. Заказ КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.