Лабораторная работа №4 Определение константы скорости

Лабораторная работа №4 Определение константы скорости реакции йодирования ацетона.
Содержание работы:
В данной работе требуется определить константу скорости реакции йодирования ацетона. Данная
реакция протекает в две стадии:
1. Обратная реакция енолизации ацетона:
СН3 – С – СН3 ⇄ СН3 – С = СН2
О
ОН
2. взаимодействие йода с енольной формой ацетона:
СН3 – С = СН2 + I2 → СН3 – СН2I + Н+ + IОН
О
Стадия 1 протекает медленно, и скорость ее зависит от концентрации ионов водорода и от
концентрации ацетона.
Стадия 2 протекает быстро и практически до конца. Если просуммируем эти две стадии, то
получим уравнение реакции йодирования ацетона в общем виде:
СН3 – С = СН2 + I2 ⇄ СН3 – СН2I + Н+ + IОН
О
Известно, что скорость реакции определяется наиболее медленной стадией. Следовательно, в
нашем случае, скорость реакции йодирования ацетона определяется первой стадией, и она зависит от
концентрации ионов водорода и ацетона, и не зависит от концентрации йода. Поэтому, для
вычисления константы скорости реакции йодирования ацетона можно применить кинетическое
уравнение реакции второго порядка:
2,303
С(Сн+ + С𝜏 )
К = 𝜏(С + С ) 𝑙𝑔 С +(С
;
−С )
ац
н+
н+
ац
𝜏
U=K(Cац - C𝜏)∙(CH++C𝜏);
Cац – начальная концентрация ацетона
CH+ - начальная концентрация ионов водорода
C𝜏 - концентрация ацетона подвергшегося превращению за время 𝜏.
𝜏 – время от начала опыта до данного измерения, мин.
Начальная концентрация ацетона и ионов водорода задаются в начале опыта, количество
ацетона, подвергающегося в ходе опыта, контролируется по изменению содержания йода в
реакционной среде.
Для этого периодически отбирают из реакционной среды пробы, и они анализируются на
содержания йода путем титрования пробы тиосульфатом натрия Na2S2O3 в присутствии крахмала:
I2 + 2Na2S2O3 → 2NaI + Na2S4O6
Реакция йодирования ацетона является автокаталитической, т.к. она ускоряется одним из
продуктов, а именно – ионами водорода.
Ход работы: Подготовили для титрования 8 конических колбочек, в которые налили по 25
мл бикарбоната натрия. В мерную колбу на 250 мл налили следующие реактивы:
1. 25 мл 0,1 н раствора йода;
2. 20 мл 0,72 н раствора НСl;
3. 150 лм дистиллированной воды.
Это и есть рабочий раствор
В другую колбу налили 25 мл 1 н водного раствора ацетона.
В третью колбу налили 40-50 мл дистиллированной воды.
В колбу с рабочим раствором добавили раствор ацетона, и этот момент отметили на часах.
Это и есть начало опыта 𝜏=0. Затем быстро колбу из-под ацетона сполоснули дистиллированной
водой из третьей колбы и эту воду вылили в рабочий раствор.
Далее объем рабочего раствора довели до метки дистиллированной водой из третьей колбы,
весь рабочий раствор перемешали и отобрали пипеткой 25 мл первой пробы.
Взятую пробу вылили в колбу для титрования, содержащую 25 мл раствора NaНСО 3. Момент
приливания последних капель пробы в колбу отметили по секундомеру, это и есть время взятия
первой пробы.
Пробу оттитровали тиосульфатом натрия 0,01 н в присутствии крахмала до обесцвечивания
синего окрашивания.
Вторую пробу взяли примерно после через 10минут (𝜏2), третья – через 10 минут после
второй(𝜏3),четвертая и пятая – через 15 минут после третьей и четвертой соответственно, шестая –
через 20 минут после пятой и седьмая – через 25 минут после шестой.
Время взятия проб из рабочего раствора:
1 проба – сразу, как только будет готов рабочий раствор.
2 проба – через 10 минут после первой пробы.
3 проба – через 10 минут после второй пробы.
4 проба – через 15 минут после третьей пробы.
5 проба – через 15 минут после четвертой пробы.
6 проба – через 20 минут после взятия пятой пробы.
7 проба – через 20 минут после шестой пробы.
8 проба – через 25 минут после седьмой пробы.
Примечания к работе:
1. Во время отбора проб колбу из термостата не вынимать.
2. Колбу с реакционной смесью закрывать пробкой во избежание улетучивания ацетона.
3. Бикарбонат натрия нужен для связывания ионов водорода, что будет замедлять скорость
реакции.
4. Результаты измерений записали в таблицу 1:
Таблица 1
Номер
Время взятия пробы по
пробы
секундомеру (в секундах)
1
30
2
300
3
600
4
900
5
900
6
1200
7
1200
8
1500
Время от начала
опыта (в минутах)
130
Количество Na2S2O3 мл, на
титрование пробы
33
32,7
30,9
27
25,7
21,5
18,2
14,5
Обработка результатов:
1. Определили n- количество мл 0,01 н Na2S2O3, которое должно было быть израсходовано на
титрование в момент начала реакции. Значение определили по графику, который
построили на миллиметровой бумаге в координатах 𝑣 мл Na2S2O3 – 𝜏 мин, и
экстраполяцией полученной прямой до 𝜏=0 определяют n, т.е. количество мл Na2S2O3 в
начальный момент реакции. n= 33,1
2. Определили начальные концентрации ионов водорода Сн+ и Сац по формулам:
Сн+ =
Сац =
𝑣1 – количество НСl, взятой для опыта;
𝑣2 – объём колбы;
𝑣3 – количество ацетона, взятое для опыта;
ϑ1 ∙Ν1
ϑ2
=
20∙0,72
250
= 0,05 моль/л
ϑ3 ∙ Ν3 25 ∙ 1
=
= 0,1 моль/л
ϑ4
250
𝑣4 – объём колбы.
N1 – нормальность НСl;
N3 – нормальность ацетона;
3. Определили концентрацию ацетона, в момент времени 𝜏 по формуле:
С𝜏 =
𝑛0 − 𝑛𝜏 𝑁𝑁𝑎2 S2 O3 33,1 − 33 0,01
∙
=
∙
= 0,00002н
25
2
25
2
n𝜏 – количество мл 0,01 н Na2S2O3, израсходованное на титрование данной пробы;
𝑁𝑁𝑎2 S2 O3 – нормальность Na2S2O3.
4. Рассчитали константу скорости К по формуле:
Сац (Сн+ + С𝜏 )
2,303
∙ 𝑙𝑔
∙
𝜏(Сац + Сн+ )
Сн+ (Сац − С𝜏 )
𝜏 – время от начала реакции, в секундах;
Сац – начальная концентрация ацетона;
Сн+ - концентрация водорода;
С𝜏 – концентрация ацетона в момент времени 𝜏
К=
К=
Сац (Сн+ + С𝜏 )
2,303
2,303
0,1 (0,05 + 0,00002)
∙ 𝑙𝑔
∙
=
∙ 𝑙𝑔
∙
= 0,077
𝜏(Сац + Сн+ )
Сн+ (Сац − С𝜏 ) 30 ∙ (0,1 + 0,05)
0,05 (0,1 − 0,00002)
Таким же образом рассчитали концентрации ацетона и константы скорости для оставшихся
объемов Na2S2O3, мл и получили следующие значения:
K1=0,077
С𝜏=0,00002н
K2= 0,0077
С𝜏=0,00008н
K3=0,0039
С𝜏 =0,00044н
K4=0,0026
С𝜏 =0,00122н
K5=0,0026
С𝜏 =0,00148н
K6=0,002
С𝜏 =0,00232н
K7=0,002
С𝜏 =0,00298н
K8=0,0017
С𝜏 =0,00372н
Вывод: проведя лабораторную работу, произвели необходимые вычисления и определили
константу скорости реакции йодирования ацетона.