Определение константы скорости реакции омыления этилацетата

Новосибирский государственный университет

Факультет естественных наук

Кафедра физической химии

Лабораторная работа

Тема: «Определение константы скорости реакции омыления этилацетата»

Выполнили: Громов Н.В.

Михальченко О.С.

       Проверил: к.х.н.  Лузгин М.В.

Новосибирск, 2010 г.

Введение

Кондуктометрия (англ. conductivity — электропроводность) — совокупность электрохимических методов исследования веществ, основанных на измерении электропроводности растворов.  Данный метод широко применяется для анализа количественного состава растворов электролитов в аналитической химии. Также данный метод нашел широкое применение и в физической химии для изучения различных процессов.

Цель работы

Определение константы скорости реакции омыления этилацетата.

Оборудование

Иономер «Анион 4100», термостат жидостный ТЖ-ТС-01, ПК.

Теоретическая часть.

В 1907 году Уокер на примере реакции омыления этилацетата показал возможность применения метода кондуктометрии в кинетике. Уравнение реакции выглядит следующим образом:

                                          (1)

Здесь aи b– начальные концентрации эфира и щелочи соответственно, (глубина реакции).

Данная реакция имеет второй порядок:

                                                                          (2)

Или, с учетом написанного выше:

                                                                                     (3)

После интегрирования получим:

                                                                            (4) 

где – текущая концентрация.

Таким образом, для определения константы скорости нужно знать начальную концентрацию щелочи b, начальную концентрацию этилацетата aи зависимость от времени глубины реакции:

                                                         (5)

Начальные концентрации щелочи и этилацетата известны, также они могут быть определены из полученных в ходе эксперимента значений χ.

В нашей системе в произвольный момент времени электропроводность  может быть определена следующим образом:

                                                                    (6)

Величина – это вклад в электропроводность раствора, определяемый ионами Na⁺, концентрация которых постоянна в ходе реакции, а также вклад в электропроводность от растворенного углекислого газа. С учетом того, чтоформулу можно переписать в следующем виде:

                                                        (7)

Начальная электропроводность раствора () равна

                                                                                         (8)

Если этилацетат взят в избытке, то по окончании реакции щелочь израсходуется полностью и электропроводность раствора будет равна

                                                   (9)

Из выражений  (7), (8), (9) получим:

                                                

                                                 

Отсюда, разделив эти два равенства одно на другое, получаем простую формулу для расчета текущей концентрации щелочи:

                                                    (10)

Если этилацетат взят в недостатке или в эквивалентном количестве к щелочи, формула также применима для расчёта текущей концентрации щелочи. Однако для её использования необходимо в параллельном опыте определить величину . Конечную электропроводность раствора после завершения реакции при недостатке этилацетата и неполном расходовании щелочи обозначим как. Величина , как видно, не нужна для расчета текущей концентрации щелочи и константы скорости реакции. Однако,  она весьма полезна для определения начальной концентрации этилацетата. Действительно, заменяя в формулена , получаем:

                                                (11)

Поскольку  имеется возможность определить начальную концентрацию этилацетата из кондуктометрических данных, что весьма удобно, если количество добавленного этилацетата измерено только приблизительно. При этом  и  измеряются в параллельных опытах при одинаковой начальной концентрации щелочи, но при различной начальной концентрации этилацетата.

Экспериментальная часть.

Три колбы на 50 мл заполнили раствором 0.021 М NaOH в воде и термостатировали их при 25º.

 К раствору в колбе №1 добавили избыток этилацетата (200 мкл), колбу закрыли, перемешали и оставили в термостате на 2 ч. После завершения реакции измерили величину , результаты занесены в таблицу 1: