OH O

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №13
Кинетика сложных реакций
Общая цель: Вам необходимо овладеть учебной программой данного занятия и научиться
применять учебный материал в своей будущей профессии.





Сделайте записи в рабочей тетради по плану:
дата;
номер занятия;
тема занятия;
цель занятия;
основные вопросы темы.
Учебные вопросы занятия:
1.
Двусторонние (обратимые), скорость и константа скорости.
2.
Параллельные, последовательные.
3.
Сопряженные (работы Н.А.Шилова, химическая индукция).
4.
Автокаталитические реакции.
5.
Цепные и фотохимические реакции.
6.
Лабораторная работа №7. Изучение скорости реакции йодирования ацетона.
Ваши действия при подготовке к занятию и отработке программы занятия
При подготовке к данному занятию
Повторите тему 4 «Кинетика цепных и фотохимических реакций» (Модуль 4. – Химическая
кинетика и катализ) рабочей учебной программы дисциплины «Физическая химия». Это очень
важно, так как этот материал является базовой основой для получения новых знаний и на нем
строится программа занятия.
При отработке 1-го учебного вопроса обратите внимание на: константу скорости
двусторонних реакций.
При отработке 2-го учебного вопроса обратите внимание на: константу скорости
параллельных и последовательных реакций.
При отработке 3-го учебного вопроса обратите внимание на: работы Н.А.Шилова по
изучению химической индукции.
При отработке 4-го учебного вопроса обратите внимание на: явление автокатализа, примеры
автокаталитических реакций.
При отработке 5-го учебного вопроса обратите внимание на: кинетику цепных и
фотохимических реакций, законы фотохимии.
При отработке 6-го учебного вопроса обратите внимание на: методику выполнения
лабораторной работы.
Лабораторная работа №7
Изучение скорости реакции йодирования ацетона
Цель и содержание. Изучение скорости реакции йодирования ацетона, расчет константы
скорости, энергии активации и температурного коэффициента скорости исследуемой реакции.
Теоретическое обоснование
Реакция иодирования ацетона протекает по уравнению
H+
СН3СОСН3 + I2 → СН3СОСН2I + Н+ + I-.
Процесс протекает автокаталитически, так как ускоряется одним из продуктов реакции
(ионами водорода). В отсутствии ионов водорода (в нейтральном разбавленном водном
растворе) он протекает очень медленно. Йодирование ацетона протекает в две стадии:
1) обратимая реакция энолизации ацетона
СН3-С-СН3 → СН3-С=СН2
О
ОН
2) взамодействие иода с энольной формой
СН3-С=СН2 +I2 → СН3-С-СH2I + Н+ + IOH
O
Первая реакция протекает медленно, вторая – быстро и практически до конца. Поэтому
скорость процесса определяется скоростью энолизации ацетона, она пропорциональна
концентрации водородных ионов, но не зависит от концентрации иода, т.е. в соответствии с
уравнениями реакций второго порядка
dc

 k (c0  c x )(co , H   c x )
(1)
d
разделим переменные
cx

dc
  kd  
,
(2)
(c0  c x )(co , H   c x )
0
c0
после интегрирования и перехода от натуральных логарифмов к десятичным, имеем:
c0 (co , H   c x )
2.303
k
lg
,
(3)
 (c0  c0 , H  ) c0 , H  (c0  c x )
где
с0 – начальная концентрация ацетона г-экв/л;
c0H+ – начальная концентрация ионов водорода г-экв/л;
сх – концентрация ацетона, подвергшегося превращению за время τ (убыль концентрации) гэкв/л;
τ – время от начала реакции до данного измерения (мин.). Ход реакции контролируется по
анализу проб, периодически отбираемых из реакционной смеси.
Аппаратура и материалы
Термостат; мерная колба на 250 мл с пробкой; колба для дистиллированной воды на 250
мл; колбы для титрования на 100 мл; колбы для отбора проб на 100 мл; пипетка на 25 мл; 0,1 н
раствор иода в 4% растворе KI; раствор НС1 2 н; вода дистиллированная; 0,2 н водный раствор
ацетона; 0,1 н раствор NaHCO3; 0,05 н раствор Na2S2O3; раствор крахмала.
Методика выполнения работы
Установить термостат на заданную температуру. В 250- мл мерную колбу напить 25 мл
0,1 н раствора иода в 4% - ном растворе KI, добавить 25 мл 2 н НС1 (содержание кислоты
может быть увеличено или уменьшено по указанию преподавателя), и долить водой до объема
ниже метки примерно на 30–35 мл. Колбу с рабочим раствором и другую колбу с
дистиллированной водой погрузить в термостат. Спустя 15–20 мин в колбу с реакционной
смесью добавить примерно 1,5 г ацетона (навеску ацетона отвесить на аналитических весах в
закрытом сосуде) или влить 25мл 2н водного раствора ацетона. Момент вливания ацетона
отметить по часам. После вливания ацетона объем раствора в колбе быстро довести до метки
дистиллированной водой, выдержанной в термостате, тщательно взболтать и тотчас отобрать
пипеткой 25 мл пробы, отмечая этот момент по часам.
За начало реакции (τ=0) принять время вливания ацетона в реакционную смесь. Колбу с
реакционной смесью закрыть пробкой во избежание улетучивания ацетона. Отобранную пробу
влить в колбу для титрования, содержащую 25 мл 0,1 н раствора NаНСО3. Содержание иода
определять титрованием 0,01 н раствором Na2S2O3 в присутствии крахмала. За ходом реакции
наблюдать по результатам анализа проб через определенные промежутки времени. Во время
отбора проб колбу из термостата не вынимать. В течение опыта рекомендуется взять не менее
семи–восьми проб.
Вторую пробу отобрать через 10 мин после первой и по результатам титрований
определить время, через которое надлежит брать следующие пробы. Расход гипосульфита на
каждую последующую пробу должен изменяться на 1–3 мл.
По ходу реакции время между последовательными титрованиями постепенно следует
увеличивать (например, первые три титрования проводят через 10 мин, затем два титрования –
через 15 мин, еще два титрования – через 20 мин и, наконец, одно титрование – через 25 мин).
Чем выше температура, при которой производятся исследования, и чем больше
содержание кислоты в реакционной смеси, тем чаще следует отбирать пробы (8 проб).
Результаты измерений записать в таблицу по образцу:
Температура опыта………………
Количество 2 н. НС1……………...
Таблица 1 – Экспериментальные результаты
№
Время
Время от
Колиk (с указа+
измеизменачала
чество с0(CH3)2CO
c0H ,
сx,
нием ее
рения рения (по реакции
0,01 н
, г-экв/л
г-экв/л
г-экв/л
размерчасам)
раствора
ности)
Na2S2O3,
мл
1
2
3
4
5
6
7
8
Концентрация сx определяется по уравнению
n  n N Na2 S2O3
сx  0  
,
25
2
где nτ – количество 0,01 н Na2S2O3, израсходованное на титрование данной пробы, мл; nо –
количество 0,01 н Na2S2O3, которое должно было быть израсходовано на титрование в момент
начала реакции, мл; NNa2S2O3 – нормальность раствора.
Значение n0 практически определить не удается, так как от момента вливания ацетона до
момента взятия первой пробы протекает значительное время. Поэтому n0 определяют по
графику. Для этого на миллиметровой бумаге построить график в координатах n – τ и
экстрополяцией полученной прямой до τ = 0 определить n0.
Используя расчетное уравнение (3) и значения c0, c0H+, cx и τ, вычисляют константу
скорости k. После этого определяют величину kcp и вычисляют температурный коэффициент и
энергию активации (значение k при другой температуре взять из справочника).
Рисунок 1 – Графическое определение n0
Задание
1. Вычислить среднюю константу скорости k реакции.
2. Вычислить температурный коэффициент и энергию активации.
3. Вычислить, за какое время реакция пройдет практически до конца, считая реакцию
необратимой.
(c  c x )  с A
lg В
 f ( ) .
4. Начертить график зависимости
(c A  c x )  c B
Контрольные вопросы и защита лабораторной работы 7
1. Как зависит скорость необратимых реакций от концентрации реагирующих веществ:
а) для реакции первого порядка
б) для реакции второго порядка.
2. Как изменяется скорость реакции при изменении температуры?
3. Что представляет собой «энергия активации» и какими способами она рассчитывается?
4. Что такое молекулярность и порядок реакции?
5. Почему скорость реакции иодирования ацетона не зависит от концентрации йода?
6. Для чего при титровании применяется раствор бикарбоната натрия?
7. Почему реакцию иодирования ацетона можно назвать автокаталитической?
8. Каким еще методом можно было бы контролировать скорость реакции иодирования ацетона?
Рекомендуемая литература:
Список основной литературы:
1.
Беляев, А. П. Физическая и коллоидная химия [Текст] : учеб.для студ. вузов / А.
П. Беляев, В. И. Кучук ; под ред. А. П. Беляева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : ГЭОТАР-Медиа,
2012. - 752 с.
2.
Разделы физической химии. лабораторные работы и тесты: уч.по. –
Ставрополь:СтГМА, 2008.-120с.
3.
Кудряшева, Н. С. Физическая химия : [базовый курс] : учебник для бакалавров /
Н.С. Кудряшева, Л.Г. Бондарева ; Сиб. федер. ун-т. – Москва :Юрайт, 2012. – 340 с.
4.
Горшков, В. И. Основы физической химии : учебник / В. И. Горшков, И. А.
Кузнецов. – 3-е изд. – Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 407 с.
Дополнительная литература:
1.
Задачи по физической химии : учеб.пособие для студентов вузов / В.В. Еремин,
С.И. Каргов, И.А. Успенская [и др.]. – Москва : Экзамен, 2005.
2.
Основы физической химии : теория и задачи : учеб. пособие для вузов / [Еремин
В. В. и др.] ; Мос.гос. ун-т им. М. В. Ломоносова. – М. : Издательство "Экзамен", 2005. – 478 с.
3.
Стромберг, А. Г. Физическая химия : учебник для вузов / А. Г. Стромберг, Д. П.
Семченко ; под ред. А. Г. Стромберга. – Изд. 4-е испр. – М. : Высшая школа, 2001. – 527 с.
4.
Бокштейн, Б. С. Краткий курс физической химии : учеб.пособие для вузов / Б. С.
Бокштейн, М. И. Менделев. – Изд. 2-е., испр. – М. :ЧеРо, 2001. – 232 с.