Изучение кинетики реакций второго порядка на примере реакции иодирования ацетона в кислой среде Теоретическое введение

Иодирование ацетона катализируется в водных растворах протонами

(32)

и протекает в две стадии:

энолизация ацетона (с образованием промежуточного вещества)

; (33)

взаимодействие йода с энольной формой

. (34)

| ||

OH O

Первая реакция протекает значительно медленнее второй, поэтому скорость процесса определяется скоростью первой стадии, которая пропорциональна концентрации ацетона и ионов водорода, но не зависит от концентрации йода. Реакция проходит автокаталитически, так как ускоряется одним из продуктов реакции (Н⁺). В нейтральном разбавленном водном растворе она протекает очень медленно.

Скорость расходования ацетона выражается кинетическим уравнением второго порядка в соответствии с уравнением лимитирующей стадии:

=k (C₀ – C_х)(C_0,_H₊ + C_x),(35)

где C₀–концентрация ацетона начальная;C_0,_H₊- начальная концентрация ионов водорода;C_х– концентрация ацетона, подвергающаяся превращению за время(убыль концентрации);- время от начала реакции до данного измерения.

Интегрирование выражения (4) дает уравнение константы скорости процесса:

. (36)

Для графической проверки это уравнение используют в линейной форме:

. (37)

Экспериментальная часть

В работе исследуется зависимость константы скорости реакции от начальной концентрации катализатора (по указанию преподавателя), а также изучается первичный и вторичный солевой эффект.

В каждую из четырех 200 мл мерных колб вливают 25 мл 0,1 Nраствора йода в 4 %-ном растворе КI, прибавляют к нему 25 мл соляной кислоты концентрации от 0,3 до 1,5N(по указанию преподавателя) и разбавляют дистиллированной водой до объема 150 мл.

Ацетон – около 1,5 г – берут пипеткой (1,6-2,0 мл) и сливают в колбочку, содержащую 10 мл воды. Приготовленный раствор ацетона приливают в колбу с раствором йода и кислоты, после чего смесь доводят до метки дистиллированной водой. Момент вливания ацетона принимают за начало реакции. Аналогичную процедуру проделывают с остальными растворами йода с интервалом в 2-3 мин.

Первую пробу объемом 10 мл берут сразу же после доведения смеси до метки взбалтывания. Последующие пробы того же объема целесообразно брать через каждые 15-20 мин (всего 8-10 проб). Чем меньше концентрация кислоты, тем реже следует брать пробы.

Анализ пробы ведут следующим образом: пробу 10 мл вливают в 10 мл 0,1 NраствораNaHCO₃и титруют по йоду 0,01 N растворомNa₂S₂O₃с крахмалом в качестве индикатора. По ходу реакции время между последовательными титрованиями нужно постепенно увеличивать.

Концентрацию ацетона определяют по уравнению

, (38)

где n_- количество 0,01NNa₂S₂O₃, израсходованного на титрование пробы, мл;n₀– количествоNa₂S₂O₃, которое должно быть израсходовано на титрование в момент начала реакции, мл;N– нормальность раствораNa₂S₂O₃.

Значение n₀практически определить не удается, поскольку от момента вливания ацетона до момента взятия первой пробы проходит некоторое время. Поэтому для определенияn₀строят график в координатахn=f() и экстраполяцией до= 0 находят искомую величину.

1. Расчет константы скорости проводят для каждой пробы и находят среднее значение.

2. Используя линейную форму уравнения (37), строят графики в координатах . Из наклона каждой прямой находят значения констант скорости и сравнивают с рассчитаннымиk_ср.