Методика эксперимента. Модельной для изучения служит реакция гидролиза уксусноэтилового эфира:

Модельной для изучения служит реакция гидролиза уксусноэтилового эфира:

CH₃COOC₂H₅ + H₂O CH₃COOH + C₂H₅OH. (24)

При большом избытке воды реакция протекает по первому порядку. Так как при комнатных температурах скорость этой реакции мала, процесс ускоряют введением катализатора, которым в данном случае являются ионы водорода.

В ходе реакции, как следует из уравнения, количество уксусной кислоты должно непрерывно возрастать, в то время как количество кислоты – катализатора должно оставаться неизменным. Поэтому объём щёлочи, используемой для титрования, должен непрерывно увеличиваться.

Для опыта в небольшую колбу заливают 50 мл 1.0 н раствора соляной кислоты и колбу на 30 мин помещают в термостат. В это время готовят всё необходимое для титрования. В коническую колбу емкостью 100 мл наливают 50 мл дистиллированной воды, прибавляют 3 капли фенолфталеина и ставят колбу на лёд. Уровень 0, 1 н барита, используемого для титрования, устанавливают в бюретке на нулевой отметке и подготавливают сухую пипетку Мора на 2 мл.

Когда приготовления закончены, и кислота в реакционной колбе приняла температуру термостата, пипеткой отбирают 2 мл уксусноэтилового эфира и вливают в колбу с кислотой. В момент падения первой капли пускают секундомер. Колбу закрывают, сильно взбалтывают и оставляют в термостате до конца опыта.

Первая проба реакционной смеси титруется через 10 мин после начала реакции. Поэтому за 1 мин до срока, то есть через 9 мин после начала реакции набирают пипеткой 2 мл реакционной смеси и вливают в колбу с охлаждённой водой в тот момент, когда стрелка секундомера остановится на 10 мин. Охлажденную и разбавленную пробу титруют 0, 1 н раствором Ba(OH)₂. Следующие пробы титруют через 20, 30, 45, 60 и 90 мин после начала реакции, каждый раз повторяя описанную процедуру. Результаты титрования заносят в таблицу 1. Поскольку за 90 мин реакция не заканчивается, а скорость её становится очень малой, склянку с реакционной смесью оставляют на ночь, и проводят последнее титрование через сутки.

Таблица 1

Экспериментальные и расчётные данные для реакции гидролиза уксусноэтилового эфира

Расчёт константы скорости производят на основе соотношения:

. (25)

Отношение концентраций этилацетата C₁ и C₂, остающихся к моментам времени t₁ и t₂, может быть заменено равным ему отношением разностей объёмов барита, израсходованного на последнее титрование (V_¥ ) и на титрование в момент t (V_t). В самом деле, V_¥ пропорционально суммарному количеству кислоты – катализатора и всей образовавшейся уксусной кислоты, V_t – тому же количеству катализатора и уксусной кислоты, образовавшейся к моменту времени t, поэтому их разность пропорциональна ещё не образовавшейся уксусной кислоте к моменту времени t, а следовательно – количеству ещё не прореагировавшего уксусноэтилового эфира к моменту времени t. Заменив в уравнении концентрации на соответствующие разности объёмов, получим:

. (26)

По уравнению (26) вычисляют константу скорости для промежутков времени: 10 – 20, 10 – 30, 10 – 45, 10 – 60, 10 – 90, 20 –30, 20 – 45, 20 – 60, 20 – 90, 30 – 45, 30 – 60, 30 – 90, 45 – 60, 45 – 90, и 60 – 90 мин и вычисляют её среднее значение.

Опыт повторяют при другой температуре, отличающейся от первой на 10 – 15 град., и по двум значениям констант скорости находят энергию активации реакции по уравнению (6).