Отчет по работе

должен содержать:

– теоретическое обоснование экспериментальной части работы;

– методику эксперимента;

– данные по составу и количеству используемого раствора (табл. 1);

– табл. 2 наблюдений;

– табл. 3 начальных и равновесных концентраций реагентов;

– расчет величины константы равновесия при каждой температуре;

– расчет величины максимальной относительной погрешности определения константы равновесия для какого-нибудь одного случая;

– рассчитать с помощью уравнения (9) средний тепловой эффект реакции в исследованном интервале температур, пользуясь средними значениями экспериментально определенных при каждой температуре констант равновесия;

– пользуясь уравнением (6), определить среднее значение Δ_rG^o реакции при каждой температуре, а затем по уравнению величину_rS^о.

Лабораторная работа 2

Изучение равновесия в реакции этерификации

Цель работы: Изучение основных свойств обратимых реакций и определение константы химического равновесия гомогенной реакции по экспериментальным данным.

Приборы и реактивы: четыре колбочки на 50 мл с притертыми шлифами, четыре обратных холодильника на шлифах, коническую колбу для титрования, бюретка, водяная баня, холодная вода или лед, 4н и 2н растворы уксусной кислоты, 0,5н HCl, 0,5н NaOH, этиловый спирт, уксусноэтиловый эфир.

Теоретическое обоснование

Реакция этерификации между уксусной кислотой и этиловым спиртом протекает по уравнению:

CH₃COOH + C₂H₅OH  CH₃COOC₂H₅ + H₂O.

Эта реакция при комнатной температуре протекает чрезвычайно медленно. Поэтому её проводят при температуре 70 – 80С в присутствии соляной кислоты в качестве катализатора. В этих условиях реакция заканчивается в течение двух–трёх часов. Для того чтобы низкокипящие вещества, участвующие в реакции, не улетучивались при нагревании, реакцию проводят в колбах с обратными холодильниками. Работа при повышенной температуре не связана в данном случае с дополнительными трудностями при анализе состава смеси. Теплота реакции очень мала, и поэтому, как следует из уравнения 4.20, практически не зависит от температуры. За изменением состава смеси следят по изменению в ней суммарной концентрации кислоты в ходе реакции. Изучение равновесия реакции осуществляется путём изменения скоростей прямой и обратной реакции, при различных исходных концентрациях уксусной кислоты (для прямой реакции) и эфира (для обратной). За изменением концентрации реагирующих веществ наблюдают до наступления равновесия.

Методика эксперимента

Берут четыре пронумерованные сухие колбочки на 50 мл с обратными холодильниками, укрепленные на штативах. Наливают в первую колбу из бюретки 15 мл 4 н раствора уксусной кислоты, 5 мл 0,5 н раствора HCl и 5 мл этилового спирта. Во вторую колбу наливают из бюретки 15 мл 2 н раствора CH₃COOH, 5 мл 0,5 н раствора HCl и 5 мл этилового спирта. В третью колбочку наливают 15 мл дистиллированной воды, 5 мл этилацетата и 5 мл 0,5 н раствора соляной кислоты. В четвертую колбу помещают 12 мл дистиллированной воды, 3 мл этилацетата и 5 мл 0,5 н раствора соляной кислоты. После того как в колбочку помещают реагирующие вещества, сразу же присоединяют холодильник и помещают в водяную баню с температурой 70–80С. Для удобства работы колбы погружают в баню одну за другой, с промежутками времени в 10…15 мин, замечая время погружения каждой колбы отдельно.

Нагревание продолжается 2…3 часа. В это время определяют точную концентрацию соляной и уксусной кислот, взятых для составления указанных выше смесей. Для этого берут 1 мл уксусной и отдельно 5 мл соляной и титруют порознь 0,5 н раствором NaOH в присутствии фенолфталеина в качестве индикатора.

После 2 часов нагревания колбы в термостате берут из неё первую пробу. Для этого колбу, не разъединяя её с холодильником, вынимают из термостата и помещают охлаждаться в ледяную воду, чтобы путем охлаждения понизить давление паров смеси и тем избежать потери вещества и изменения состава его при отборе пробы. Достаточно охлаждения до комнатной температуры. После охлаждения смеси отнимают холодильник и пипеткой отбирают 1 мл смеси для анализа. Взятую пробу выливают в коническую колбу, в которую налито 50 мл холодной дистиллированной воды или находится кусочек льда того же объёма. Затем присоединяют холодильник обратно и возвращают колбу в термостат. Взятую пробу титруют 0,05 н раствором NaOH в присутствии фенолфталеина, определяя суммарную концентрацию кислоты.

Через 30 минут после отбора первой пробы из данной колбы берётся указанным выше способом вторая проба и титруется.

Пробы продолжают брать через каждые полчаса до тех пор, пока результаты анализов последних двух проб не совпадут между собой в пределах 0,1…0,2 мл 0,05 н раствора гидроксида натрия, что свидетельствует о химическом равновесии.

Точно так же поступают и с другими колбами. Первую пробу берут по истечении двух часов с момента погружения колбы в термостат, последующие – с промежутками в полчаса.

Для расчёта константы равновесия имеются следующие данные: количества взятых веществ и суммарная концентрация кислоты в равновесной смеси. Эти данные вполне достаточны для расчёта константы. Ход расчёта несколько различен для опытов по образованию этилацетата из спирта и уксусной кислоты и для опытов по омылению этого эфира водой.

В первом случае расчёт проводится по следующей схеме.

Начальная концентрация уксусной кислоты в смеси

,

где ,– концентрация уксусной кислоты в смеси и исходная, соответственно;,V – объёмы взятой кислоты и смеси, л.

Начальная концентрация спирта

,

где и– массовая концентрация спирта и его плотность, соответственно.

Исходная концентрация воды

,

где массовые концентрации приведены к долям единицы. Так как концентрация соляной кислоты незначительна, то w_HCl можно пренебречь.

После взятия пробы суммарная концентрация кислоты в равновесной смеси после реакции равна С₂, а концентрация взятой соляной кислоты C₁, тогда концентрация уксусной кислоты в равновесной смеси:

.

Концентрация этилацетата определяется по уменьшению концентрации уксусной кислоты:

.

Соответственно, концентрация спирта в равновесной смеси

.

Равновесная концентрация воды

.

Константа равновесия

. (20)

Такой расчёт производят для каждой отдельной смеси.

Для процесса омыления используется следующая схема расчётов.

Концентрация этилацетата в исходной смеси

,

а концентрация воды

.

Равновесная концентрация уксусной кислоты:

.

Равновесная концентрация спирта:

.

Равновесная концентрация этилацетата в равновесной смеси:

.

Концентрация воды в равновесной смеси:

.

Расчёт константы выполняется по уравнению (20).

Экспериментальные и расчётные данные вносят в табл. 4 и табл. 5.

Таблица 4

Данные волюмометрии

№ пробы	первая колба		вторая колба
	время отбора пробы	Объём раствора NaOH, пошедшего на титрование	время отбора пробы	Объём раствора NaOH, пошедшего на титрование
1 2

Таблица 5

Начальные и равновесные концентрации исходных веществ

	Начальные концентрации		Равновесные концентрации
Концентрация:	1 колба	2 колба	1 колба	2 колба
Суммарная кислоты в равновесной смеси
Уксусной кислоты
Этилового спирта
Этилацетата
Воды