Работа №11. Изучение скорости реакции иодирования ацетона
|
СН3СОСН3 + I2 → СН3СОСН2I + Н+ + I-
В нейтральном разбавленном водном растворе реакция протекает очень медленно, но при добавлении катализатора (кислоты) процесс ускоряется и идет автокаталитически. Механизм реакции можно схематично описать последовательностью двух стадий:
обратимая реакция енолизации ацетона
взаимодействие енольной формы с йодом
Первая реакция протекает медленно, а вторая – быстро и практически до конца. Поэтому общая скорость процесса определяется наиболее медленной стадией (енолизацией ацетона), которая пропорциональна концентрации ионов водорода и не зависит от концентрации йода, т.е. частный порядок реакции по йоду равен нулю. Таким образом, иодирование ацетона протекает в соответствии с кинетическим уравнением автокаталитической реакции 2-го порядка, которое записывается в следующем виде:
– дифференциальная форма
– интегральная форма (2)
где с0,ац - начальная концентрация ацетона; - начальная концентрация ионов водорода; сх - концентрация ацетона, подвергшегося превращению за время t; t - время от начала реакции до данного измерения. Ход реакции контролируется по анализу проб, периодически отбираемых из реакционной смеси.
Последовательность выполнения работы. В 250-миллилитровую мерную колбу налить 25 мл 0,1 н. раствора I2 в 4%-ном растворе KI, добавить заданное количество мл 1 н. НС1 и долить водой до объема ниже метки примерно на 30-35 мл. В другую колбу налить 25 мл раствора ацетона с концентрацией 1 моль/л. Обе колбы, а также третью – с дистиллированной водой – погрузить в термостат, настроенный на определённую температуру. Спустя 15-20 минут раствор ацетона влить в реакционную колбу, быстро довести до метки дистиллированной водой, выдержанной в термостате, тщательно взболтать и поместить обратно в термостат. Момент вливания ацетона отметить по часам. Первую пробу (25 мл) отобрать приблизительно через 10 минут от начала реакции.
Отобранную пробу влить в колбу для титрования, содержащую 25-30 мл 0,1 н. NaHCO3 (количество определяется объёмом кислоты – ). Содержание йода определять титрованием 0,01 н. раствором гипосульфита натрия Na2S2O3 в присутствии крахмала (добавляется только в конце титрования, когда окраска раствора становится бледно-жёлтой). Всего отобрать 6-7 проб через каждые 10 минут. Расход гипосульфита на каждую последующую пробу должен изменяться на 1-3 мл. Во время отбора проб колбу из термостата не вынимать. После каждого отбора пробы колбу с реакционной смесью закрывать пробкой во избежание улетучивания ацетона.
Результаты измерений записать в таблицу по образцу:
Температура опыта…………; количество 1н. HCl…………
Номер измерения | Время измерения (астроном.) | Время от начала реакции, мин | Кол-во 0.01 н. Na2S2O3, мл | с0,ац, моль/л | ![]() | сх, моль/л | k |
. . |
Концентрацию прореагировавшего ацетона сх можно определить по уравнению:
(3)
где Vt - количество 0,01 н. Na2S2O3, израсходованное на титрование данной пробы, мл; V0 - количество 0,01 н. Na2S2O3, которое должно было быть израсходовано на титрование в момент начала реакции, мл; - нормальность раствора Na2S2O3.
Значение V0 практически определить не удается, так как от момента вливания ацетона до момента взятия первой пробы протекает значительное время. Так как порядок реакции по йоду равен нулю, для нахождения V0 необходимо построить график в координатах V–t и экстраполяцией полученной прямой до t=0 определить V0. Используя уравнение (2) и значения с0,ац, , сх (при расчётах учесть разбавление кислоты и ацетона) и t вычислить константу скорости k. После этого определить величину kср графически по тангенсу угла наклона прямой в координатах
, константа скорости при этом будет равна
.
Вычислить температурный коэффициент и энергию активации реакции (значение k при другой температуре взять из справочника) .