Описание работы

Гидролиз уксусного ангидрида протекает по уравнению:

(CH₃CO)₂O + H₂O = 2CH₃COOH

и является реакцией второго порядка при сравнимых исходных количествах воды и уксусного ангидрида. Однако при избытке воды, т.е. в разбавленном водном растворе гидролиз идет как необратимая реакция первого порядка Молярная концентрация воды в данном случае значительно больше молярной концентрации уксусного ангидрида, поэтому убыль воды за счет реакции мала и ее содержание в растворе можно считать постоянной величиной, а скорость реакции – пропорциональной только концентрации уксусного ангидрида. При таких условиях эту реакцию можно отнести к классу псевдомономолекулярных, константа скорости, которой вычисляется по уравнению:

k =

где С₀ – начальная концентрация уксусного ангидрида

С – текущая концентрация уксусного ангидрида.

Наиболее удобным методом исследования кинетики этой реакции является метод измерения электрической проводимости, не требующий отбора проб для анализа. Электрическая проводимость системы значительно возрастает вследствие образования уксусной кислоты. Отметим, что концентрация ионов водорода и концентрация ацетат-ионов, т.е. ионов–переносчиков зарядов, пропорциональна удельной электрической проводимости (⁺=с=/_). Концентрация уксусного альдегида при этом пропорциональна разности электрической проводимости раствора в данный момент времени и электрической проводимости раствора, когда реакция прошла полностью, т.е. через бесконечное время. Реально это время, когда проводимость перестает меняться со временем. Тогда формула для расчета константы скорости приобретает вид:

k =

где - электрическая проводимость раствора, когда реакция прошла полностью

- электрическая проводимость раствора в момент начала реакции;

- электрическая проводимость раствора в данный момент времени.

Цель работы

Ознакомление с методикой кинетических исследований, изучение кинетической кривой, выбор формально-кинетической модели и определение константы скорости реакции гидролиза уксусного ангидрида при различных температурах.

Приборы и материалы

1. Компьютер с компьютерной измерительной системой "Вернье".

2. Датчик удельной электрической проводимости.

3. Механическая мешалка.

4. Стаканчики (емкостью 200мл), 2шт.

5. 0,01 М раствор KСl 100мл.

6. Дистиллированная вода.

7. Мерные колбы на 100 мл, 2шт.

8. Пипетка на 5 мл, 1шт.

9. Промывалка

10. Лабораторный термометр.

11. Термостат.

Последовательность проведения эксперимента

1. Собрать измерительную установку согласно схеме, приведенной на рис. 1.1 Внимание! После того, как собрана установка, больше не рекомендуется трогать датчик и мешалку. Для замены раствора лучше пользоваться легко выдвигаемым металлическим столиком.

2. Включить компьютер и компьютерную измерительную систему. Подсоединить ко второму порту интерфейса датчик удельной электрической проводимости.

3. Осуществить калибровку датчика электропроводности согласно следующей инструкции. Тумблер на усилителе переключить в положение 0 - 20000 S. В качестве первой реперной точки использовать дистиллированную воду, электропроводность которой принять равной нулю. В качестве второй реперной точки принять электропроводность 0,01 М раствора KCl при температуре воздуха в лаборатории. Данные по электропроводности KCl различной концентрации при различных температурах приведены в таблице:

Концен-трация KСl, моль/л	, См/м при температуре, ^0С
	0	5	10	15	20	25	30
0.01	0,0776	0,0896	0,1020	0,1147	0,1278	0,1413	0,1552
0.02	0,1521	0,1752	0,1994	0,2243	0,2501	0,2765	0,3036
0.1	0,715	0,822	0,933	1,048	1,167	1,288	1,412
1.0	6,541	7,414	8,319	9,252	10,207	11,180	-

4. При введении данных по удельной электропроводности использовать размерность См/м. Для проверки качества калибровки можно приготовить раствор другой концентрации, определить его удельную электропроводность и сравнить с табличным значением. Полученную калибровку сохранить в программе "SERIAL" под именем, например, "cond 18", где "cond" - означает conductivity, а 18 – температуру, при которой снята калибровка. Данной калибровкой можно воспользоваться в другие дни, когда температура воздуха в лаборатории будет 18⁰С.

5. В главном меню компьютера (MAIN MENU) перейти с помощью стрелок  в положение O - Other Options и нажать Enter.

6. В Other Options с помощью стрелок  выбрать опцию I - Select Inputs и нажать Enter.

7. В Select Inputs нажать клавишу пробел. На подсвеченном 1-port1 "On" заменится "Off". Стрелкой  подсветить 2-port2. Нажать пробел. "Off" заменится "On". Нажать Enter. Загорится предложение Active Input: Port(2). Нажать Enter.

8. На вновь полученном экране высветить X-Return to Main Menu. Нажать Enter.

9. С помощью стрелок  подсветить L-Load Calibration File. Нажать Enter.

10. В Select Inputs стрелкой  подсветить В-port2. Нажать Enter.

11. На возникшей красной табличке с помощью стрелок  ,  высветить Y-Yes. Нажать Enter.

12. В таблице калибровок выбрать необходимую калибровку "cond 18. cal". Нажать Enter. Нажать Enter. Нажать Enter.

13. После всех этих операций на экране появится главное меню. В главном меню выйти в R- Graph in Real Time. Нажать Enter.

14. В надписи "Minimum anticipated input" в мигающий квадратик ввести 0. Нажать Enter.

15. В надписи "Maximum anticipated input" в мигающий квадратик ввести 2 Нажать Enter.

16. В надписи "Do you wish to store the data in memory" стрелками  ,  установить Y - Yes

17. B надписи "How long do you want to take readings" установить 0-00-60-00 (60 минут - время продолжительности реакции). Нажать Enter.

18. Нажать Enter. Нажать Enter.

19. В 50-миллилитровую мерную колбу переносят 5 мл уксусного ангидрида и доводят объем раствора до метки. Полученный раствор переливают в реакционный стаканчик, где сразу осуществляется перемешивание и измерение электропроводности во времени. Реакция протекает полностью при комнатной температуре за 50 минут. Расчет производится по первым 200 точкам (запись измерения электропроводности осуществляется через каждые 2 секунды, что соответствует первым 7 минутам измерения.

20. Убрать металлический столик, опустить стаканчик с калибровочным раствором KCl, промыть датчик и мешалку дистиллированной водой. Расположить стаканчик с раствором уксусного ангидрида таким образом, чтобы датчик и мешалка были погружены в раствор. Подставить под стаканчик металлический столик.

21. Включить мешалку. Нажать Enter.

22. На экране внизу в рамочке появится значение ~ 0,613 и на оси Y появится голубая точка. С течением времени на экране появится график, вид которого схематично отображен на рис. 1.2.

23. Записать данные в файл, вывести на экран график и распечатать его.

24. Поместить стаканчик с калибровочным раствором в термостат или сосуд Дьюара с заданной температурой. Провести калибровку заново как описано в пункте 3 и снять кинетическую кривую при данной температуре.

Операции, описанные в пункте 24, осуществить при 4 различных температурах (интервал температур от 0 до 30⁰С).