Обработка результатов эксперимента. Составитель: к.х.н., профессор Котенко Г.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ АВТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ИОДИРОВАНИЯ АЦЕТОНА
Составитель: к.х.н., профессор Котенко Г.А.
г. Череповец – 2006 г.
Цель работы: Формирование навыков экспериментального определения и расчета константы скорости реакции при разных температурах и энергии активации.
Теоретическая часть.
Реакция иодирования ацетона протекает по уравнению:
H+
СН3СОСН3 + J2 à CH3COCН2J + H+ + J- .
Процесс идет автокалитически, так как ускоряется одним из продуктов реакции (ионами водорода). При отсутствии ионов водорода (в нейтральном разбавленном растворе) он протекает очень медленно. Иодирование ацетона происходит в две стадии:
а) обратимая реакция энолизации ацетона
Н+
СН3 – С – СН3 СН3 – С = СН2
úú ú
O OH
б) взаимодействие иода с энольной формой
СН3 – С = СН2 + J2 ® CH3 – C – CH2J + H+ + J-
ú úú
OH O
Реакция (а) протекает очень медленно, реакция (б) – быстро и практически до конца. Поэтому скорость процесса определяется скоростью энолизации ацетона; она пропорциональна концентрации ионов водорода, но не зависит от концентрации йода.
Экспериментальная часть
Приборы и реактивы: термостат, мерные колбы с притертыми пробками вместимостью 250 см3, колбы конические, пипетки Мора, вместимостью 25 см3; 0,1 н раствор J2 в 4 % растворе KJ, 1 н раствор хлороводородной кислоты, 1 н водный раствор ацетона, 0,1 н раствор NaHCO3, 0,01 н раствор Na2S2O3, крахмал.
Порядок выполнения работы
В 2 мерные колбы вместимостью 250 см3 с помощью пипетки налить 25 см3 0,1 н раствора J2 в 4% растворе KJ, добавить в каждую колбу 25 см3 1 н раствора хлороводородной кислоты и долить до объема ниже метки на 30-35 см3 дистиллированной воды. Одну из колб поместить в термостат ( при температуре, указанной преподавателем), туда же опустить колбу с дистиллированной водой и выдержать 15 минут. Во вторую колбу влить 25 см3 1 н раствора ацетона, отметив по часам момент вливания, после чего объем довести до метки дистиллированной водой, тщательно перемешать и сразу отобрать 25 см3 пробы, отмечая этот момент по часам. Колбу с реакционной смесью закрыть пробкой во избежанипе улетучивания ацетона. Отобранную пробу влить в колбу для титрования, содержащую 25 см3 0,1 н раствора NaHCO3. Содержание иода определять титрованием 0,01 н раствором Na2S2O3 в присутствии крахмала.
Следующую пробу отобрать через 20 минут. В течении опыта рекомендуется взять не менее 4 проб через 20, 40, 60, 80 минут с момента вливания ацетона, не считая первого титрования. Одновременно следует проводить эксперименты с колбой в термостате: в нее добавляют 25 см3 1 н раствора ацетона, доводят до метки выдержанной в термостате водой и перемешивают. Отбор пробы и титрование проводят аналогично опыту с колбой, не помещенной в термостат, но интервал между пробами должен составлять 10 минут, т.е. титрование проводят через 10, 20, 30, 40 минут, не считая первого титрования.
Результаты измерений следует записать по образцу.
Таблица
| Темпера тура, К | Время от начала реакции, мин | Vt Na2S2O3, см3 | С0 ац. | С0 Н+ | Сх | k, [мин-1. моль-1 .л] |
| T1 | ||||||
| T2 |
Обработка результатов эксперимента
1. Определить концентрацию иодид-ионов:
Cx = ,
где V0 – объем 0,01 н раствор Na2S2O3, который должен быть израсходован на титрование в момент начала реакции, см3; Vτ – объем 0,01 н раствор Na2S2O3, израсходованный на титрование данной пробы, см3.
Значение V0 определяется по графику методом экстраполяции до τ = 0.
Для Т1 Для Т2
Vt Vt
t, мин t, мин
0 20 40 60 80 0 10 20 30 40
Результаты расчета Сх внести в таблицу.
2. Вычислить константу скорости (τ- время)
k = .
Рузультаты расчета (отбросив первый результат) внести в таблицу.
3. Расчитать средние значения констант при каждой температе:
kT1, ср. = ; kT2, ср. = .
4. Вычислить температурный коэффициент скорости реакции:
g =
5. Вычислить энергию активации:
а) аналитически
Е = , Дж/моль;
б) графически
ln k = A/T + B A =
ln K
ln KT2
ln KT1
1/T2 1/T1 1/T
B1 = lnkT1 – (A/T1) B2 = lnkT2 – (A/T2)
Bср = Е = -А . R
6. Записать уравнение зависимости k от температуры, подставив значения А и В.
7. Рассчитать энтальпию активации: = Е – RT1 ; = Е – RT2
8. Сформулировать выводы и оформить отчет.
ЛИТЕРАТУРА
1. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. – М.: Высш. шк., 1988. – 496 с.
2. Даниэльс Ф., Олберти Р. Физическая химия. – М.: Мир, 1978. – 645 с.
3. Физическая химия / Под ред. Б.П. Никольского. – Л.: Химия, 1987. – 880 с.
4. Практикум по физической химии / Под ред. И.В. Кудряшова. - М.: Высш. шк., 1986. – 495 с.
5. Практические работы по физической химии / Под ред. К.П. Мищенко, А.А.Равделя, А.М.Пономаревой. - М.: Высш. шк., 1982. – 400 с.
6. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник / Под ред. А.А.Потехина, А.И.Ефимова. – СПб.: Химия, 1994. – 432 с.
7. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред. А.А.Равделя, А.М.Пономаревой – Л.: Химия, 1983. – 232 с.