Робота № 4/6. Дослідження рівноваги хімічної реакції у рідкій фазі

Мета роботи. Визначити константу рівноваги реакції

. (1)

Методика роботи. Для зворотних реакцій розраховують константу рівноваги за законом діючих мас

,

де C_i, C_j - концентрації продуктів і вихідних речовин.

Тепловий ефект реакції (1) не залежить від температури, тому її проводять за температури 80°С, щоб прискорити встановлення рівноваги.

Порядок роботи. Перед початком роботи підігріти воду в термостаті за допомогою електронагрівача та увімкнути електроплитку на режим "3". Довести температуру води приблизно до 80°С, після чого електронагрівач вимкнути, а плитку залишити в тому самому режимі для підтримання сталої температури протягом експерименту.

Починаючи дослід, пустити воду в холодильник. Переконатися, що вода витікає з усіх шлангів. Холодильники зверху закрити скляними ковпачками, щоб запобігти конденсації вологи на внутрішній частині холодильника.

Узяти чотири сухі круглодонні колби ємкістю 50 мл.

У колбу №1 налити з бюреток: 15 мл 4 н розчину СН₃СООН; 5 мл 0,5 н розчину НСl, після чого піпеткою додати 5 мл етилового спирту.

З'єднати колбу із зворотним холодильником (щоб з'єднання було герметичним, колбу треба затиснути за допомогою лапки міцно, а лапку, що підтримує холодильник, трохи відпустити) і помістити її до термостату, який виставлено на температуру 70-80°С. Константа рівноваги цієї реакції майже не залежить від температури, тому суворо підтримувати її необов'язково. Записати час занурення колби в термостат, тобто час початку реакції.

У колбу № 2 налити з бюреток: 15 мл 2 н розчину СН₃СООН; 5 мл 0,5 н розчину НСl, після чого додати піпеткою 5 мл етилового спирту.

Колбу з'єднати із зворотним холодильником і занурити втермостат, записавши час початку реакції.

У колбу № 3 налити:

15 мл дистильованої води; 5 мл 0,5 н розчину НС1 та піпеткою додати 5 мл етилацетату.

З'єднавши колбу з холодильником, занурити її в термостат та записати час.

У колбу № 4 налити: 15 мл дистильованої води; 5 мл 0.5 н розчину НСІ та 5 мл етилацетату.

Приєднавши останню колбу до холодильника, занурити її в термостат. Час записати. Для зручності колби занурювати в термостат одну за одною з інтервалами часу в 10-15 хв. Нагрівати протягом 2-3 год. Впродовж цього часу провести точне визначення концентрацій НСІ та СH₃СООН, які були у суміші. Для цього взяти 1 мл СН₃СООН та окремо НСІ і титрувати їх 0,5 н розчином NaOН в присутності фенолфталеїну (2-3 краплі) як індикатору.

За цей самий час у двох кристалізаторах приготувати льодяну воду. В один занурити для охолодження колбу ємкістю 1 л з дистильованою водою, в інший будемо занурювати колби для охолодження перед відбором проб для титрування.

Після 2 год нагрівання суміші в термостаті взяти колбу №1. Для цього її з холодильником дістати з термостату і помістити для охолодження в крижану воду (з метою зниження тиску пари суміші й уникнення втрат речовини та зміни складу при відборі проби). За час охолодження суміші на зовнішній поверхні холодильника сконденсується значна кількість вологи; з метою запобігання потрапляння її в колбу холодильник треба витирати. Після охолодження суміші (за 5-10 хв) відокремити холодильник та чистою піпеткою взяти 1 мл суміші для аналізу. Цю пробу вилити в колбу Ерленмейера (200 мл), в яку попередньо налити 50 мл крижаної дистильованої води для призупинення реакції й фіксування того моменту, до якого відноситься вимірювання швидкості. Далі, з'єднавши холодильник з колбою, помістити її знову в термостат, а в отриманій пробі визначити сумарну концентрацію кислоти титруванням 0.5 н розчином NaOH у присутності декількох крапель фенолфталеїну. Через 30-40 хв після взяття першої проби з тієї самої колби взяти другу і титрувати. Проби брати кожні 30 хв, аж поки результати титрування останніх двох не збігуться в межах 0,1 - 0,2 мл 0,05 н розчину NaOH. Тоді можна вважати, що рівновага настала і дослід з даною сумішшю можна закінчити. Так само зробити з іншими колбами.

Для розрахунку константи рівноваги мають бути такі дані: кількість узятих речовин та сумарна концентрація кислоти в рівноважній суміші.

Література:[25, с. 252-256; 24].

СТАТИСТИЧНА ТЕРМОДИНАМІКА

Термодинамічна ймовірність. Формула Больцмана - Планка для зв'язку між ентропією та термодинамічною ймовірністю.

Розподілення Больцмана за енергіями. Сума станів та її зв'язок з основними термодинамічними функціями.

Молекулярні суми станів для поступального, обертального, коливального та електронного рухів.

Статистична термодинаміка ідеального газу. Статистична теорія теплоємності молекул та твердих тіл.

Статистична термодинаміка реальних газів, урахування міжмолекулярної взаємодії.

Розрахунок констант рівноваги методом статистичної термодинаміки.

Література:[3,6,11].