Работа 4. Изучение кинетики реакции омыления уксусноэтилового эфира щелочью методом потенциометриии

 

Реакция окисления уксусноэтилового эфира протекает по уравнению

 

 

Данная реакция практически необратима, протекает с заметной скоростью и является реакцией второго порядка. В общем случае выражение для скорости этой реакции можно записать

Для определения частного порядка реакции по гидроксид-иону и константы скорости применяется "метод избытка реагента". При избытке эфира уравнение для константы скорости будет иметь вид

,

где , и кинетика этой реакции будет подчиняться кинетике реакции первого порядка, а выражение для константы скорости будет

(1)

В данной работе концентрация щелочи определяется методом потенциометрии. В качестве индикаторного используется стеклянный электрод. Потенциал стеклянного электрода зависит от активности ионов водорода:

(2)

Активность ионов водорода связана с активностью гидроксид-ионов

(3)

где - ионное произведение воды, величина постоянная при заданной температуре. Из уравнения (3) находим концентрацию ионов водорода и подставляем в (2):

,

где ;

Таким образом, мы установили, что потенциал стеклянного электрода линейно зависит от концентрации гидроксид-ионов.

Составим гальваническую цепь из стеклянного электрода и электрода сравнения, погруженных в исследуемый раствор. В работе в качестве электрода сравнения используется насыщенный хлоридсеребряный электрод (ХСЭ). Измеряемая ЭДС такой цепи будет равна

Из этого уравнения находим концентрацию гидроксид-ионов

и подставляем в уравнение (1)

(4),

где - разность потенциалов в момент времени t от начала опыта, а - в начальный момент времени.

Константу скорости реакции вычисляем по уравнению

(5)

Для определения графическим методом уравнение (4) запишем в виде

Т.е. по тангенсу угла наклона прямой в координатах можно оценить , а затем по уравнению (5) найти константу скорости реакции. Зная константы скорости при двух температурах Т₁ и Т₂ можно вычислить энергию активации Е_а по уравнению

(6)

 

 

Порядок выполнения работы

 

1. Налить в термостат 100 мл дистиллированной воды. Установить в него стаканчик с 50 мл раствора NaOH (С=0.01 моль/л) и магнитной мешалкой. Закрыть термостат крышкой.

2. Установить стеклянный, хлоридсеребряный электроды и термодатчик в соответствующие отверстия в крышке. Подсоединить электроды с помощью универсального кабеля к разъемам «3» и «», а термодатчик к разъему «1». Оставшееся отверстие в крышке закрыть пробкой.

3. Включить контроллер, компьютер и запустить программу управления УЛК «Химия» - elsms2.exe.

4. В появившемся окне «Добро пожаловать в УЛК» необходимо выбрать вариант «Работа с контроллером» и нажать кнопку «Вход».

 

 

5. Для того чтобы в ходе работы проводить измерения температуры и ЭДС в окне «Управление» в группе элементов «Измерительные каналы» нужно поставить галочки напротив датчиков 1 и 3. При этом в столбце «Текущее значение» появятся текущие значения температуры (t₁, ⁰С) и ЭДС (Е, В) составленного гальванического элемента.

 

 

6. Далее необходимо установить следующие «Параметры измерения»: число измерений (10), интервал измерений (60 секунд), включить автоматический режим и усреднение.

7. Для быстрого термостатирования ячейки необходимо обеспечить в ней интенсивное перемешивание. Для этого в группе элементов «Исполнительные устройства» установить скорость перемешивания (3) и нажатием на кнопку включить мешалку.

8. Когда температура ячейки установится необходимо отобрать пипеткой предварительно рассчитанный объем эфира (его концентрация в растворе должна составлять 0.1 моль/л), влить его в ячейку и одновременно включить секундомер. Через 20 секунд отключить мешалку и нажать кнопку «Измерение». С этого момента начинается отсчет времени опыта.

9. В окне «Обмен данными с контроллером» будет отображаться кривая изменения измеряемого параметра. Для выбора нужной зависимости необходимо выбрать соответствующий канал.

10. Измерения заканчиваются путем нажатия кнопки «Стоп». После этого экспериментальные данные передаются в программу.

11. Чтобы сохранить данные нужно перейти в окно «Результат» и нажать на значок «Добавить график». В специальном окне определяется соответствие между координатами графика и данными, полученными на измерительных каналах. Необходимо выбрать для оси Х «Время», а для оси У – «ЭДС» и нажать кнопку «Принять». Далее нажать на значок «Дискета», который расположен в правой части окна над таблицей с экспериментальными данными, и сохранить в соответствующую папку.

12. Для проведения опыта при другой температуре (t₂=t₁+10 ⁰C) необходимо перейти в окно «Управление» и нажать кнопку «Текущее состояние». В пункте «Исполнительные устройства» включить «Термостат» и установить требуемую температуру. Далее действовать согласно вышеприведенной инструкции.

 

Экспериментальные и расчетные данные оформить в виде таблицы 4, предваряя ее следующими данными.

 

Реакционная смесь:

концентрация раствора щелочи моль∙л^-1

концентрация раствора эфира моль∙л^-1

 

Таблица 4. Измерение ЭДС во времени и расчет константы скорости

омыления сложного эфира.

№	t, мин	t1= ^0С	t2= ^0С
, В	k, мин^-1	, В	k, мин^-1

= =

 

Определить константы скорости реакции графическим методом по тангенсам углов наклона прямых на графиках –t.

Вычислить энергию активации реакции.