Лабораторна робота №11

ВИВЧЕННЯ ШВИДКОСТІ ЙОДУВАННЯ АЦЕТОНУ

Питання для підготовки до виконання лабораторної роботи

1. Швидкість хімічної реакції.

2. Порядок та молекулярність реакції.

3. Залежність швидкості реакції від температури.

4. Енергія активації.

Мета роботи: визначення константи швидкості при двох температурах та енергії активації реакції йодування ацетону.

Реакцію йодування ацетону

протікає із значною швидкістю в кислому або лужному середовищі.

В кислому середовищи ацетон стає протофільним (речовини, які енергійно приєднують протони). Відбувається віддача протонів гідроксонієвого іона ацетону.

O OH || || CH3CCH3+H3O+ ↔ [CH3CCH3]++H2O

Гідроген метильної групи катіона кето-енола стає рухомим і з’єднується з молекулою води:

OН OН || k1 || [CH3CCH3]++H2O ↔ CH3C–CH2+H3O+

На першій стадії реакція зводиться до таутомерного перетворення кетона в енол і протікає повільно. На другій стадії енол приєднує йод:

OH || k2 CH3C═ CH2+I2+H2O ↔ CH3CОCH2І+ H3O++ I-

Ця стадія реакції протікає швидко (k₂ > k₁).

Швидкість послідовних реакцій визначається швидкістю повільної (першої) стадії. Швидкість реакції йодування ацетону в кислому середовищі залежить від швидкості першої її стадії – утворення енолу, тобто залежить не від концентрації йоду, а від концентрації ацетону і іонів гідрогену і розраховується по кінетичному рівнянню другого порядку.

В кислому середовищі по мірі протікання реакції збільшується вміст іону гідроксонія H₃O⁺, який зумовлює прискорювальну дію. Подібні самоприскорюючі реакції називаються автокаталітичними.

Константу швидкості реакції йодування ацетону розраховують за рівнянням 5.12.

Методика виконання роботи.

Реакцію йодування ацетону проводять при двох температурах - кімнатній і 40°C (термостат). У дві мірні колби на 250 см³ наливають 25см³ 0, 1 н. розчину йоду (в 4%-му розчині йодида калія), додають 25см³ 1 н. розчину хлорводневої кислоти, доливають дистильованою водою, щоб до мітки залишилося приблизно 20 см³. Одну з колб поміщають у термостат.

Зважують на аналітичних вагах бюкс з притертою кришечкою, куди наливають 10 15 см³ води. Вливають в бюкс градуйованою піпеткою приблизно 1, 5 г ацетону (густина ацетону ρ ²⁰ = 0, 792 г/см³). Знову зважують бюкс на аналітичних вагах і за різницею визначають масу взятого ацетону.

Для реакції, що протікає при кімнатній температурі, виливають розчин ацетону у мірну колбу, обполіскують бюкс однієї – двома невеликими порціями дистильованої води, які також виливають у мірну колбу і доливають до мітки останню. Для реакції, що йде в термостаті, необхідно попередньо помістити бюкс з водним розчином ацетону і колбу з дистильованою водою в той же термостат і витримати 10 15 хв. Момент змішування розчину з ацетоном вважається моментом початку реакції. Колби з реакційними сумішами повинні бути закриті пробками, щоб уникнути випаровування ацетону.

Проби для аналізу відбирають відразу ж після початку реакції, потім беруть їх через кожні півгодини ще 4-5 разів (при кімнатній температурі) і через 5-15 хв при температурі термостата. Витрата гіпосульфіту на кожну наступну пробу повинен змінюватися на 1-3мл. Під час відбору проб колбу з термостата не виймати. Відібрані проби об'ємом 25 см³ виливають у колбу з 25 см³ 0, 1 н. розчином Ν аНСО₃ і титрують розчином 0, 01 н. Ν а₂S₂О₃ в присутності крохмалю. Результати вимірювань записати в табл. 5.2 і 5.3.

Таблиця 5.2

Таблиця 5.3

Величина C_х визначається з рівняння, де n₀ - кількість 0, 01н. розчину Ν а₂S₂О₃, яке мало бути витрачено на титрування в момент початку реакції, мл (значення n₀ практично визначити не вдається, тому що від моменту вливання ацетону до моменту взяття першої проби протікає значний час, тому n₀ визначають за графіком. Для цього на міліметровому папері будують графіки в координатах n - t і екстраполяцією отриманих прямих до t = 0 визначають n₀ реакції); n_t - кількість 0, 01 н. розчину Ν а₂S₂О₃, витрачений на титрування даної проби, мл; Ν - нормальність розчину Ν а₂S₂О₃.

Вихідну концентрацію ацетону С_0А визначають по наважці; іонів гідрогену С_0В – за кількістю взятого розчину кислоти відносно концентрації; концентрацію витраченого ацетону С_х – по зменшенню йоду, який пішов на йодування.

У підрахунки, таким чином, входить лише одна змінна, яку визначають титруванням реакційної суміші розчином гіпосульфіту.

Використовуючи розрахункове рівняння (5.12) і значення C_0А, C_0В, C_х і t, обчислити константу швидкості k. Після цього визначити величину k_ср, обчислити температурний коефіцієнт Вант-Гоффа і енергію активації (5.15).

Контрольні питання

1. Що називають швидкістю хімічної реакції? Які фактори впливають на швидкість реакції?

2. Що розуміють під порядком реакції? Які фактори впливають на порядок реакції?

3. Наведіть диференціальне та інтегральне рівняння Арреніуса. Що таке енергія активації?

4. Яка стадія в складній реакції називається лімітуючою?

5. Поясніть, чому швидкість реакції йодування ацетону не залежить від концентрації йоду?

6. Які реакції називають автокаталітічними? Як концентрації вихідних речовин та швидкість реакції залежать від часу?

7. Поясніть, для чого при титруванні застосовується розчин бікарбонату натрію?

8. Наведіть рівняння швидкості реакції другого порядку в диференціальному і інтегральному вигляді. Яку розмірність має константа швидкості другого порядку?

9. Поясніть, у чому полягає правило Вант-Гоффа?