Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
(наименование субъекта Российской Федерации, района, города, другой территории, на которую распространяются полномочия территориальной избирательной к...полностью>>
'Документ'
Задачи: Укрепление здоровья детей и родителей, познакомить с нетрадиционными видами спортивных упражнений, способствовать сплочению, взаимопомощи и др...полностью>>
'Документ'
В настоящем учебнике прослежен исторический путь народов, населявших нашу страну на протяжении первобытнообщинного и феодального строя. Он показан с р...полностью>>
'Документ'
Сборка, отладка и настройка: лазерных гироскопических устройств; чувствительных точных приборных блоков бортовых вычислителей; коммутационной аппарату...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Лабораторная работа № II - 1

Изучение кинетики реакции омыления уксусноэтилового эфира щелочью методом потенциометрии

Цель: Определить частичный порядок реакции омыления уксусноэтилового эфира по гидроксид-иону и ее энергию активации

Задачи:

  • освоить методику изучения кинетики реакции методом измерения электродного потенциала;

  • освоить принцип работы учебно-лабораторного комплекса «Химия»;

  • при разных температурах провести реакцию омыления уксусноэтилового эфира в условиях избытка эфира;

  • графическим способом определить порядок реакции и константу скорости реакции;

  • рассчитать энергию активации.

Оборудование и реактивы: учебно-лабораторный комплекс «Химия»; электроды, химический стакан 100 - 150 мл, цилиндр, пипетки, уксусноэтиловой эфир, раствор гидроксида натрия 0.1 М.

Теоретическая часть

Реакция омыления уксусноэтилового эфира протекает по уравнению

CH3COOC2H5 + NaOH = CH3COONa + C2H5OH

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

, (1)

где k – константа скорости реакции, Сщ и Сэф – концентрации щелочи и эфира соответственно.

Для определения частичного порядка по гидроксид-иону и константы скорости этой реакции применяется метод избыточных концентраций (концентрация эфира берется в избытке). При избытке эфира его концентрация практически не будет изменяться и ее можно объединить с константой скорости реакции

, (1)

где , и кинетика этой реакции будет подчиняться кинетике реакции первого порядка. Следовательно, кинетическое уравнение в интегральном виде будет

, (2)

где Сщо – начальная концентрация щелочи.

Изучение кинетики этой реакции можно проводить различными методами, например измерением электропроводности раствора, разности потенциалов.

методика кинетических измерений

В данной работе для определения концентрации щелочи используется метод потенциометрии, а именно, рН-метрии со стеклянным электродом. Стеклянный электрод это ион-селективный электрод, т.е. он является селективным по отношению к ионам водорода, находящимся в растворе. Потенциал стеклянного электрода зависит от активности ионов водорода следующим образом:

, (3)

где , а , Есто - стандартный электродный потенциал стеклянного электрода. Из ионного произведения воды , величина которого постоянна при некоторой температуре следует, что активность ионов водорода будет связана с активностью гидроксид-ионов и выражение для потенциала электрода будет иметь вид:

. (4)

Учитывая уравнение связи активности иона с его концентрацией, получим

, (5)

где и , - коэффициент активности гидроксид-ионов.

Таким образом, для определения концентрации гидроксид - ионов в некотором растворе можно составить гальванический элемент, состоящий из стеклянного электрода, погруженного в исследуемый раствор, и электрода сравнения, потенциал которого сохраняется постоянным в ходе эсперимента. В современной практике в качестве электрода сравнения обычно используется насыщенный хлоридсеребряный электрод (ХСЭ). В этом случае электродвижущая сила (ЭДС) составленного элемента рассчитывается по уравнению

, (6)

где Ехсэ – электродный потенциал хлоридсеребряного электрода.

Следовательно, потенциал такого элемента будет линеен относительно концентрации гидроксид – ионов при постоянном коэффициенте активности гидроксид-ионов. Согласно правилу ионной силы, последнее условие будет соблюдаться при постоянной ионной силе раствора. При проведении омыления эфира в водном растворе при невысоких концентрациях компонентов общее количество ионов в растворе и их зарядность будет сохраняться (практически в растворе будет происходить замена гидроксид-ионов на ацетат-ионы), поэтому ионная сила раствора также будет оставаться постоянной.

Выразив lnCOH- из уравнения (6) и подставив в (4), после сокращения величин, остающихся постоянными в ходе опыта, получим уравнение измеряемой разности потенциалов

, (7)

где Et – измеряемая разность потенциалов (ЭДС элемента) в момент времени t от начала опыта, Eo – разность потенциалов в начальный момент времени. Согласно (7), измеряемая Et должна изменяться линейно с течением времени. Из графика, построенного в соответствующих координатах Еt - t, по тангенсу угла наклона можно определить k1

,

а константу скорости реакции – по уравнению .

Прямолинейность полученного графика будет указывать на первый порядок реакции по гидроксид-иону. При значении рН раствора менее 9.0 будет наблюдаться отклонение графика от линейности из-за гидролиза образующегося ацетата натрия, поэтому для определения константы скорости реакции следует использовать только прямолинейный участок графика.

В ходе выполнения работы проводят 2-3 опыта при разных температурах в в интервале от комнатной температуры и до 35оС (столь невысокое значение верхней границы температуры связано с ограниченным интервалом линейности характеристики стеклянного электрода при повышенных температурах). Первый опыт проводят при комнатной температуре, последующие – при повышенной.

В связи с тем, что при графическом определении константы скорости реакции, начальную концентрацию щелочи знать не обязательно, нет нужды определять точную концентрацию применяемого раствора щелочи. Это очень удобно, так как растворы щелочи плохо хранятся. Все же примерную концентрацию щелочи знать необходимо, для того чтобы быть уверенными в достаточном избытке эфира и можно оценить значение рН раствора, что необходимо в связи с ограниченным интервалом линейности характеристики применяемого стеклянного электрода (значение рН не должно превышать 12).

Учебно-лабораторный комплекс «Химия»

Внешний вид учебно-лабораторного комплекса (УЛК) «Химия» представлен на рис. 1.

Рис.1. Модуль «Термостат»: 1 – кабель для подключения к универсальному контроллеру; 2 – гнезда подключения датчиков температуры (каналы 1 и 2 контроллера); 3 – гнезда подключения электродов; 4 – колба термостата; 5 – крышка термостата с отверстиями для установки электродов и датчиков; 6 – индикаторная лампочка

Модуль «Термостат» предназначен для проведения калориметрических измерений и работ, требующих поддержания заданной температуры. Модуль «Термостат» может работать в двух режимах: в пассивном и в активном. В пассивном режиме модуль используется в качестве калориметра с изометрической крышкой. В активном режиме в колбе модуля поддерживается заданная температура. Теплоносителем является вода, циркулирующая между нагревателем и колбой. Для регистрации и регулирования температуры теплоносителя в термостате имеется встроенный датчик температур.

Контроллер УЛК «Химия»

Внешний вид контроллера показан на рис.2.

Рис.2. Верхняя панель контроллера УЛК «Химия»: 1 – сетевой кабель; 2 – алфавитно - цифровой дисплей; 3 – разъемы подключения модулей и внешнего компьютера (на задней панели); 4 – тумблер «СЕТЬ»; 5 – клавиатура

На панели контроллера расположена восьмиклавишная функциональная клавиатура (таблица 1).

Таблица 1. Функциональные клавиши контроллера и их назначение

Клавиша

Назначение

«ПУСК»

запуск процедуры записи результатов измерений в банк памяти контроллера, действует только в пункте меню «Мониторинг текущей работы»

«СТОП»

остановка процедуры записи результатов измерений в банк памяти контроллера, действует только в пункте меню «Мониторинг текущей работы»

«М»

возврат в основное меню

«» и «»

на дисплее (<>)

перемещение курсора ( _ ) влево или вправо, соответственно, между редактируемыми численными полями и их позициями и символьными переключателями

«» («больше») на дисплее (↑)

позволяет:

-увеличить значение редактируемого числа в соответствии с позицией, на которой установлен курсор;

-изменить знак числа, если курсор установлен на позиции перед числом;

-перевести символьный переключатель из состояния «выключено» («выкл») в состояние «включено» («вкл»), из состояния «автоматический» («авто») в состояние «ручной»;

-перейти к следующему (по возрастанию номера) пункту меню

«» («меньше») на дисплее (↓)

позволяет:

-уменьшить значение редактируемого числа в соответствии с позицией, на которой установлен курсор;

- изменить знак числа, если курсор установлен на позиции перед числом;

- перевести символьный переключатель из состояния «включено» («вкл») в состояние «выключено» («выкл»), из состояния «ручной» в состояние «автоматический» («авто»);

-перейти к предыдущему (по убыванию номера) пункту меню.

«» или «» («вход»)

переход в подпункты, предусмотренные в данном меню, и/или подтверждение действия данного меню

Подготовка к работе

Перед началом работы убедиться в исправности контроллера, целостности изоляций кабелей. Электроды для измерения разности потенциалов подключают к третьему измерительному каналу. Стеклянный электрод – к разъему 3,

хлоридсеребряный электрод – к разъёму …..(может быть использован универсальный кабель для подключения обоих электродов к разъёму 3). Последовательность операций при настройке контроллера представлена в таблице 2.

Таблица 2. Порядок настройки УЛК «Химия» для работы в заданном режиме

Операция

Порядок действий

Изображение на дисплее

1

Подключить выбранный модуль УЛК «Химия» с помощью кабеля к контроллеру. Подключить контроллер к сети переменного тока (напряжение 220 В, частота 50 Гц) и включить тумблер «СЕТЬ».

При этом включится подсветка дисплея.

Для остановки рекламы необходимо нажать любую клавишу клавиатуры. Контроллер отобразит информацию о готовности к работе в виде первого пункта меню действий.

Появиться реклама производителя.

2

В п.1 основного меню (ОМ) выбрать установку.

Нажать клавишу «» и войти в подменю. Выбрать установку «3.Термостат+электрохимия» с помощью клавиш «» и «».

При нажатии клавиши «» в данном подменю контроллер проверит соответствие кода подключенной установки и сообщит о принятом решении в следующем виде.

3

Очистить настройки и банки памяти контроллера.

Войти в меню установки и установить 6-ой пункт подменю.

Нажать клавишу «». Произойдет обнуление всех банков памяти и сброс настроек выбранной установки. Контроллер автоматически перейдет в ОМ

4

В п.2 ОМ «Каналы измерения» установить назначение каналов контроллера в соответствии с методическим описанием лабораторной работы.

С помощью клавиш «» и «». Выбрать номер канала с 1 по 6 (1-й канал) и выбрать тип датчика (1.Термодатчик)

Установить 3-й канал 3. Измерение ЭДС

После установки необходимых для работы типов датчиков необходимо вернуться в ОМ, нажав клавишу «М».

5

В п.3 ОМ произвести включение термостата

Заполнить термостат дистиллированной водой и установить в него химический стакан с дистиллированной водой или раствором. Для включения термостата необходимо в п. «3.Исполнительные устройства» выбрать пункт «2.Термостат» и с помощью клавиш «» и «» и «» и «» установить требуемую температуру и включить термостат.

6

В п.3 ОМ «Исполнительные устройства» включить необходимые устройства и настроить их параметры.

Для быстрого термостатирования ячейки необходимо обеспечить в ней интенсивное перемешивание.

В пункте ОМ «3.Исполнительные устройства» устанавливаются параметры исполнительных устройств, используемых в УЛК «Химия» (клавиши «» и «»):

1. Магнитная мешалка (модули «Термостат», «Электрохимия»). Для просмотра и редактирования параметров устройства с помощью клавиш «» и «», а также установить скорость перемешивания, равную 3, затем перейти в ОМ клавишей «М».

7

В п.4 ОМ «4.Мониторинг текущей работы» установить необходимые параметры записи данных.

Нажатием клавиши «» перейти в п.4 ОМ («4.Мониторинг текущей работы»), который предназначен для контроля текущих значений измерений, управления исполнительными устройствами, управления режимами измерений и записи результатов при проведении лабораторных работ. В данном пункте меню с помощью клавиши «» можно переключаться между тремя панелями:

- контроль текущего состояния каналов;

- управление режимами измерения и записи результатов;

- управление исполнительными устройствами (аналогично п.3 ОМ).

В п.6 ОМ (6.Настройки) задать требуемое число измерений (20). Клавишей «М» выйти в ОМ.

Перейти к панели управления режимами измерения и записи результатов

В автоматическом режиме контроллер записывает результаты измерений в ячейку банка памяти через определенный пользователем интервал времени. Данный режим инициализируется нажатием клавиши «ПУСК», при этом контроллер через заданные интервалы времени записывает текущие значения в ячейку банка памяти (начиная с нулевой ячейки), увеличивая номер ячейки на единицу. Прекращение данного процесса происходит при нажатии клавиши «СТОП» или при записи данных в последнюю ячейку банка памяти. Номер последней ячейки памяти ограничен параметром «число измерений» (от 0 до 100) в п. 6 ОМ «6.Настройки».

8

Отключение магнитной мешалки

Перед запуском измерений необходимо выключить магнитную мешалку. Перейти к экрану исполнительных устройств, нажатием клавиши «», не выходя в ОМ, далее в п. «1.Магнитная мешалка» произвести её отключение (скорость перемешивания 0).

9

Запуск измерений

Нажать клавишу «ПУСК» и в п.4. Мониторинг текущей работы следить за изменением показаний. После 20 измерений клавишей «СТОП» остановить эксперимент.

8

В п.5 ОМ просмотреть данные и записать в лабораторный журнал

С помощью клавиш «» и «» в ОМ выбрать пункт «5.Просмотр данных».

При нажатии клавиши «» на дисплее будет отображена панель просмотра результатов измерений, записанных в банке памяти.

Экспериментальная часть

Задание 1. Определение константы скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира при комнатной температуре

Методика эксперимента

Перед началом эксперимента рассчитать требуемое количество этилацетата согласно уравнению реакции (эфир необходимо взять по крайней мере в десятикратном избытке). Приготовить раствор гидроксида натрия заданной концентрации (0.01М).

Порядок выполнения работы.

  1. Термостат наполняют дистиллированной водой (примерно 100 см3) и устанавливают в него стаканчик с 50 см3 предварительно приготовленного раствора щелочи (0.01 М). Термостат закрывают крышкой и устанавливают стеклянный и хлоридсеребряный электроды и термодатчик.

  2. Подключение электродов и термодатчика производят согласно рис. 1.

  3. Устанавливают термостат на поддержание требуемой температуры (в первом опыте в этом нет необходимости). Обеспечивают перемешивание раствора в ячейке и, когда температура ячейки установиться на требуемом уровне, переходят к выполнению следующего пункта.

  4. Отбирают пипеткой предварительно рассчитанный объем этилацетата и вливают в ячейку (стакан с раствором щелочи). С этого момента начинают отсчет времени опыта.

  5. Прекращают перемешивание раствора в ячейке и проводят измерение ЭДС составленного гальванического элемента (Е) в течение 10 минут с интервалом в 30 секунд. Данные в автоматическом режиме записывают в банк № 0 УЛК «Химия», затем полученные результаты записывают в таблицу 3.

  6. Строят график в координатах Е-t и, определив тангенс угла наклона, рассчитывают константу скорости реакции.

  7. Делают вывод о частичном порядке реакции по гидроксид – ионам.

Таблица № 3 Кинетические данные реакции омыления уксусноэтилового эфира

Концентрация раствора и объем щелочи___________

Концентрация раствора и объем этилацетата_________

Температура ________оС

Время от начала опыта, с

Е, В

Константа скорости реакции k, с-1

1

2

3

20

Задание 2. Определение константы скорости при повышенных температурах и энергии активации реакции омыления уксусноэтилового эфира

  1. По выше представленной методике проводят опыт при повышенных температурах до 35оС (указывает преподаватель). Данные записывают в следующие банки данных (№ 1, 2, 3 и т.д.)

  2. Результаты опытов записывают в таблицу № 3.

  3. Делают вывод о частичном порядке реакции по гидроксид – ионам.

  4. Рассчитывают графическим методом константы скорости реакции.

  5. По значениям констант скоростей реакции при разных температурах рассчитывают ее энергию активации по уравнению Аррениуса и графическим методом, затем сравнивают полученное значение со справочными данными.

Форма отчета

Практическая часть

  1. Таблицы по форме № 3.

  2. Графики для определения константы скорости реакции Е-t при разных температурах.

  3. Рассчитать константы скорости реакции при разных температурах.

  4. Рассчитать энергию активации реакции

  5. Полученные величины сравнить со справочными данными и рассчитать относительную ошибку.

Теоретическая часть
  1. Скорость химической реакции. Основной постулат кинетики. Константа скорости реакции. Влияние различных факторов на скорость и константу скорости реакции.

  2. Порядок и молекулярность химических реакций

  3. Методы определения порядков реакции

  4. Влияние температур на скорость химических реакций.

  5. Энергия активации. Зависимость энергии активации от различных факторов. Экспериментальное определение энергии активации. Понятие кажущейся энергии активации.

  6. Кинетика реакций первого порядка.

  7. Описать кинетику и методику изучения реакции омыления уксусноэтилового эфира.

Задачи

  1. Реакция первого порядка протекает на 30% за 7 мин. Через какое время реакция завершится на 99%?

  2. При определенной температуре 0.01М раствор этилацетата омыляется 0.002 М раствором NaOH на 10% за 23 мин. Через сколько минут он будет омылен до такой же степени 0.005 М раствором KOH? Считайте, что данная реакция имеет второй порядок, а щелочи диссоциированы полностью.

  3. Щелочной гидролиз этилацетата – реакция 2-го порядка с константой скорости k = 0.084л/мольс при 25оС. Взят 1 л 0.05 М раствора этилацетата. Какое время понадобится для образования 1.15 г этанола при исходной концентрации щелочи: а) [OH-]o = 0.05 М; б) [OH-]o = 0.1 М?

  4. Зависимость константы скорости разложения фосфина 4PH3  P4 + 6H2 от температуры выражается уравнением: . Рассчитать опытную энергию активации этой реакции при 800 К.

  5. Энергия активации реакции, приводящей к скисанию молока, равна 75 кДж/моль. При температуре 21оС молоко скисает за 8 ч. Как долго можно хранить молоко в холодильнике при температуре 5оС? Время скисания можно принять обратно пропорциональным константе скорости.

  6. При изучении кинетики термического разложения оксида азота (V) измеряли зависимость периода полураспада от начального давления. Были получены следующие результаты:

Начальное давление, Торр

52.5

139

290

360

1/2, с

860

470

255

212

Определить порядок реакции.



Похожие документы:

  1. Задачи профессиональной деятельности выпускника. Компетенции выпускника, формируемые в результате освоения ооп впо. Документы, регламентирующие содержание и организацию образовательного процесса при реализации ооп впо (3)

    Регламент
    ... и влияния на величину электродного потенциала) и кинетика электрохимических процессов (механизм поляризации ... учебной работы: Лекции, практические и лабораторные занятия. Изучение дисциплины заканчивается зачетом и экзаменом. 16.КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ ...
  2. Учебный план 3 иностранный язык 4 отечественная история 17

    Памятка
    ... принципы построения архитектуры вычислительных систем; методы работы с техническими и программными средствами реализации информационных процессов; принципы работы ... Часть задач практикума (лабораторные работы) посвящены количественному изучению тех ...
  3. Литература для слушателей системы последипломного образования интенсивная терапия. Реанимация. Первая помощь

    Литература
    ... реакцию и своеобразный порочный круг. Поэтому в терапию ОДН необходимо включать комплекс ... потенциала ... Методы изучения ... кинетика ... лабораторных данных и измерения ... электродного ... работы аккумуляторных дефибрилляторов разрядного типа. Принцип работы ... освоить методику ...
  4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях анализ оказания догоспитальной медицинской помощи пострадавшим в дорожно-транспортных происшествиях с сочетанными травмами в арктической зоне архангельской области

    Документ
    ... 4]. Цель нашей работы: освоить методику изготовления несъемно-разборного ... потенциала мозга (УПП), путем картирования полученных с помощью монополярного измерения ... Материалы и методы. Изучение репаративной активности проведено на лабораторных животных ...
  5. Основная образовательная программа высшего профессионального образования подготовки специалиста 050102. 65 География с дополнительной специальностью

    Основная образовательная программа
    ... и методика краеведческого изучения своей местности. Краеведческая работа в школе: учебное краеведение. Краеведческий принцип преподавания географии. Методы краеведческого изучения ...

Другие похожие документы..