4. Кювета с исследуемым раствором помещается во второй кюветодержатель, вводится в световой луч и с помощью показывающего прибора определяется его оптическая плотность.

Оснащение рабочего места

Фотоколориметр Мерная посуда

Стаканы на 100 мл Салфетка

Растворы KI и FeCl3 2´10-3 моль/л Секундомер

Проведение опыта

1. Проверить оснащение рабочего места. Измерить и записать температуру, при которой проводится опыт.

2. Подготовить фотоколориметр к работе в соответствии с инструкцией. Включить прибор и дать ему прогреться не менее 20 мин. Установить светофильтр с длиной волны света 490 нм.

3. Приготовить эталонный раствор для балансировки прибора. Для этого смешать равные объёмы исходного раствора FeCl3 и дистиллированной воды.

4. Залить эталонный раствор в кювету и установить её в один из кюветодержателей фотоколориметра так, чтобы луч света проходил сквозь кювету. Закрыть крышку кюветного отделения и регуляторами «Установка нуля», «Грубо» и «Точно» установить стрелку показывающего прибора на нуль шкалы оптической плотности A.

5. Отмерить по указанию преподавателя равные объёмы растворов хлорида железа (III) и иодида калия. Слить эти растворы и тщательно перемешать. В момент сливания начать отсчет времени.

6. Полученной смесью заполнить кювету и установить её во второй кюветодержатель прибора. С помощью соответствующего рычажка ввести его в луч света. Измерить величину оптической плотности À точно на 2-й минуте от начала реакции.

Примечание. Для коррекции показаний прибора необходимо время от времени (с интервалом » 6 мин) вводить в луч света кювету с эталонным раствором и проверять, стоит ли при этом стрелка прибора на нулевом делении шкалы.

7. Измерять оптическую плотность раствора через каждые 2 минуты до полного прекращения реакции. Сигналом её окончания служит получение трех одинаковых значений À подряд. Все данные занести в таблицу.

Температура Т = оС	Объёмы растворов реагентов, V1 = V2 = мл Концентрация реагентов С1 = С2 = ´103 моль/л
Время от начала реакции	Оптическая плотность À	Концентрация иода С,	Константа скорости, л/моль·мин
t, мин.		моль/л	kt	kсредн
2
4
6
...
¥

Сверить полученные данные у преподавателя.

9. Выключить прибор. Привести в порядок рабочее место. По экспериментальным данным построить график зависимости A = f(t) (см. рисунок) и определить по нему Aмакс.

10.По данным, приведенным ниже, построить градуировочный график зависимости D = f (C) (см. рис.). С его помощью методом интерпо

Концентрация иода, С´103, моль/л

0,5

1,5

2,5

3,5

4,5

Оптическая плотность,

0,12

0,20

0,28

0,37

0,44

0,52

0,59

0,66

0,74

0,81

ляции определить концентрации иода в момент окончания реакции (Смакс) и в моменты времени, указанные преподавателем. Занести их значения в соответствующие строки таблицы экспериментальных данных.

11.Пользуясь уравнением

1 Ct

k = ¾ · ¾¾¾¾¾¾ ,

t Cmax(Cmax - Ct)

рассчитать константу скорости реакции в каждый момент времени и вычислить среднее арифметическое. Занести результат в таблицу.

t1/2 = ¾¾¾ .

kср Сmax

12. Рассчитать время полупревращения для изучаемой реакции по уравнению

13. Рассчитать энергию активации реакции, принимая, что при температуре Т2 = 320 К константа скорости k2 =2,8´102:

R T2 T1 k2

Еакт = ¾¾¾¾ ln ¾¾ ,

T2 - T1 kñðåäí

где Т1 – температура опыта.

14. Сформулировать выводы.

Работа 5.3

Изучение кинетики реакции гидролиза сложного эфира в щелочной среде

Цель работы: изучение кинетики реакции второго порядка (случай различных начальных концентраций реагентов).

Целевые задачи: овладение методом отбора проб для определения порядка реакции, освоение расчета кинетических характеристик реакции (константы скорости, энергии активации), определение зависимости скорости реакции от времени.

Гидролиз сложного эфира в присутствии ионов ОН– (щелочной гидролиз, «омыление»)

R1COOR2 + OH– ® R1COO– + R2OH

(где R1 и R2 – углеводородные радикалы), протекает как бимолекулярная реакция, для которой справедливо уравнение

v = k Cэф Сщ

(Cэф и Сщ - концентрации сложного эфира и щёлочи соответственно).

Если начальные концентрации реагентов не равны друг другу, то кинетическое уравнение для реакции второго порядка будет иметь вид:

1 b (a - x)

k = ¾¾¾¾ ln ¾¾¾¾ , (1)

t (a - b) a (b - x)

где а и b – исходные количества реагентов (или пропорциональные им величины); х – количество реагентов, вступивших в реакцию за время t (или пропорциональная величина).

В данном случае для наблюдения за ходом реакции используется классический метод отбора проб, принцип которого изложен в разделе “Проведение опыта”.

Оснащение рабочего места

Бюретки на 20 мл Растворы NaOH и HCl 0,05 н.

Колбы для титрования Термоcтат или водяная баня

Термометр Секундомер

Пипетка на 5 мл

Склянка с притертой пробкой на 50 мл

Капельницы со сложными эфирами и спиртовым раствором фенолфталеина

Проведение опыта

1. Проверить оснащение рабочего места. Определить и записать температуру опыта.

2. Включить водяную баню или термостат и довести температуру до 60оС.

3. В склянку с притертой пробкой отмерить 35 мл 0,05 н. раствора основания (указанного преподавателем).

4. Подготовить 2 бюретки, заполнив одну 0,05 н. раствором NaOH, другую – 0,05 н. раствором HCl, и 5 колб для титрования, отмерив в каждую из них с помощью бюретки по 5 мл 0,05 н. раствора HCl и добавив по 1 капле раствора фенолфталеина.

5. В склянку с раствором щёлочи добавить 3 - 4 капли сложного эфира (указанного преподавателем). Считая этот момент началом реакции, начать отсчет времени.

6. Определить количество прореагировавшего основания через 2, 4, 8, 16 минут от начала реакции. Для этого отобрать пипеткой 5 мл реакционной смеси из склянки, перенести в колбу с HCl и перемешать. Избыток HCl оттитровать раствором NaOH.

ВНИМАНИЕ! Отбор пробы и перенос её в колбу для титрования надо производить заранее с тем, чтобы начать титрование точно в конце 2, 4, 8, 16-й минуты. Титровать следует быстро, так как гидролиз эфира в кислоте лишь значительно замедляется, но не прекращается, и аккуратно, поскольку объёмы титранта при этом очень малы. Объём х раствора NaOH, пошедший на титрование, пропорционален количеству реагентов, прореагировавших между собой к данному моменту времени.

7. После того, как будут оттитрованы 4 пробы, склянку с остатком реакционной смеси закрыть пробкой и на 30 мин. поместить в водяную баню или термостат при температуреоС. (Повышение температуры в соответствии с правилом Вант-Гоффа значительно ускоряет достижение равновесия).

8. Склянку с реакционной смесью охладить до комнатной температуры. Отобрать из неё 5 мл, перенести в колбу с 5 мл раствора HCl и оттитровать. Все результаты титрования сверить у преподавателя и занести в таблицу экспериментальных данных.

№	Время от начала опыта t, мин.	Объём раствора NaOH, пошедший на титрование, х, мл	Константа скорости k, л/(моль·мин)	Скорость реакции v, моль/(л·мин)	Энергия активации, Е¹., Дж/моль
1	2
2	4
3	6
4	8
5	¥
			kср.=

9. Привести в порядок рабочее место и сдать его дежурному.

Примечание 1. Величины a и b в уравнении должны иметь одинаковую размерность, т. е. если а – это объём 0,1 М раствора щёлочи, то и b должно быть объёмом 0,1 М раствора сложного эфира. Из-за способности к гидролизу сложный эфир не готовится в виде раствора, а добавляется в реакционную смесь в чистом виде. Поэтому величина b рассчитывается по результату последнего титрования, исходя из того, что реагенты взаимодействуют друг с другом в эквивалентных количествах. При условии равенства их концентраций объём раствора NaOH равен объёму реагирующего с ним объёма раствора сложного эфира.

10. Рассчитать константы скорости реакции для каждого момента отбора пробы по уравнению (1), считая, что а – исходный объём раствора основания в одной пробе (5 мл); х – часть объёма пробы, в которой к моменту времени t сложный эфир и основание прореагировали друг с другом (поскольку в данной работе используется метод обратного титрования, то х равен объёму раствора NaOH, пошедшего на титрование пробы); b – величина, соответствующая объёму водного раствора сложного эфира с концентрацией, равной концентрации исходного раствора. Она равна результату титрования пробы, подвергнутой нагреванию.

Примечание 2. Так как величины a, b и х в данном случае имеют размерность [мл], то для согласования их с концентрацией, выраженной в моль/л, в уравнение (1)необходимо вставить пересчетный коэффициент 100, получаемый при делении 1000 мл на гипотетический суммарный объём пробы, равный 10 мл (5 мл раствора основания + 5 мл раствора сложного эфира; см. примечание 1).

11. Найти среднее арифметическое значение константы скорости.

kср(a - x)(b - x)

v = ¾¾¾¾¾¾¾ .

100

12. Вычислить по уравнению закона действующих масс скорость реакции на 2, 4, 8 и 16 минутах:

13. Построить график зависимости скорости реакции от времени.

моль/(л·мин)

14. По уравнению Аррениуса рассчитать энергию активации изученной реакции:

R T2T1 k2

Е¹ = ¾¾¾¾ · ln ¾ .

(T2 – T1) kср

Принять Т1 равной температуре опыта, kср – равной средней константе скорости. Значения k2 и Т2 взять из таблицы по указанию преподавателя.

Константы скорости щелочного омыления эфиров, л/(моль·мин)

Сложный	Этилацетат	Бутилацетат	Этилпропионат	Пропилацетат
эфир	СН3СООС2Н5	СН3СООС4Н9	СН3СН2СООС2Н5	СН3СООС3Н7
Ò, îC
20	5,08	3,93	4,98	4,23
25	6,56	4,29	5,94	5,27
30	8,04	4,65	6,90	6,31
35	9,52	5,00	7,86	7,35
40	11,00	5,36	8,82	8,39

15. Сформулировать выводы.

Лабораторные работы и задачи по физической химии (стр. 10 )

Работа 5.3

Изучение кинетики реакции гидролиза сложного эфира в щелочной среде

Рекомендуемая литература

Домашний очаг

Справочная информация

Техника

Общество

Образование и наука

Мир

Бизнес и финансы