Форма отчета

1. Указать цель работы.

2. Составить блок-схему исследования.

3. Привести уравнение реакции разложения мурексида в кислой среде.

4. Таблица I.

Таблица 1

Время реакции τ, сек.	Оптическая плотность D
		kср. =

5. Рассчитать энергию активации и энтропию активации реакции по уравнениям (1) и (2).

6. Рассчитать константу диссоциации слабой кислоты по уравнению (6).

7. Вывод.

Лабораторная работа № 13. Определение константы скорости омыления уксусноэтилового эфира в присутствии гидроксид- ионов.

Цель работы:

1. Определить среднее значение константы скорости омыления сложного эфира раствором гидроксида натрия для двух температур: Т₁и Т₂ (Т₂ больше Т₁ на 10—20° С).

2. Вычислить энергию активации реакции.

Приборы и посуда:

1. Мерные колбы объемом 250 мл с пробками;

2. Плоскодонная колба с обратным холодильником;

3. Конические колбы;

4. Прибор для титрования;

5. Микропипетка;

6. Термостат.

Реактивы и материалы:

1. Дистиллированная вода;

2. Уксусноэтиловый эфир;

3. Раствор гидроксида натрия (С = 0,025 моль/л);

4. Раствор соляной кислоты (С = 0,03 моль/л);

5. Фенолфталеин.

Омыление этилацетата протекает по уравнению

СН₃СООС₂Н₅ + NаОН → СНзСООNа + С₂Н₅OН

и относится к реакциям второго порядка. Реакцию проводят в водном растворе при небольшом избытке щелочи, поэтому константа ско­рости определяется уравнением

,

где а и в соответственно исходные количества щелочи и эфира, моль, х— число моль щелочи и эфира, прореагиро­вавших к моменту времени τ.

Для вычисления константы скорости реакции концентрацию вещества определяют посредством титрования проб равного объема (по 20 мл смеси). Пробы отбирают в различные моменты времени. Титрование производят раствором кислоты с точно установленной концентрацией С, моль/л.

Обозначим через V₀, V_τ и V_∞ количество миллилитров кислоты, идущей на нейтрализацию щелочи в пробе (в 20 мл смеси) до начала реакции, в момент времени τ и по окончании реакции.

Тогда совершив преобразования, учитывая, что объем пробы V = 20 мл получаем расчетную формулу

. (1)

Следует указать, что во время титрования омыление продол­жается, что затрудняет определение момента τ. Для устранения этого проводят нейтрализацию непрореагировавшей щелочи кислотой, применяя метод обратного титрования. При этом мето­де в каждый момент τ пробу (20 мл) вливают в кислоту, которую берут в количестве, достаточном для нейтрализации всей щелочи исходной концентрации. Избыток кислоты оттитровывают тем же раствором щелочи, который взят для омыления.

Положим, что в реакционную смесь вылили в кислоту объе­мом V_τ,к, а на обратное титрование пошло V_τ,щ мл щелочи, тогда количество щелочи в пробе в момент τ и τ = ∞ равно

V_τ = V_τ,к - V_τ,щиV_∞ = V_τ,к - V_∞,щ. (2)

Методика выполнения работы

Готовят 250 мл примерно 0,02 н. раствора эфира (в мерной колбе!). Для этого вычисляют количество граммов эфира, необходимое для приготовления 250 мл 0,02 н. раствора. Затем весовые единицы переводят в объемные, учитывая, что для уксусноэтилового эфира ρ²⁰ =0,901 г/см³. Эфир отмеряют по объему с помощью микропипетки с грушей, переносят в мерную колбу, доливают до метки дистиллированной водой, тща­тельно взбалтывают и переливают в кьельдалевскую колбу на 250 мл.

Вторую мерную колбу на 250 мл наполняют (до метки!) раст­вором гидроксида натрия 0,025 н. Затем переливают весь раствор щело­чи в другую кьельдалевскую колбу на 500 мл.

Растворы, содержащие гидроксид натрия, плотно закрывают рези­новой пробкой во избежание поглощения углекислого газа из воздуха.

Обе колбы с эфиром и щелочью помещают на 15—20 мин в термостат при заданной температуре.

Для работы используют приблизительно 0,025 н. раствор ще­лочи и 0,03 н. раствор кислоты. Раствор кислоты должен быть титрован.

Чтобы определить объемы кислоты V₀, V_τ и V_∞ , необходимо найти соотношение концентраций растворов соляной кислоты и гидроксида натрия, применяемого для омыления и обратного титрования. Для этого в коническую колбу на 100 мл наливают из бюретки 10 мл раствора соляной кислоты и титруют щелочью в присутствии фенолфталеина. Допустим, что на нейтрализацию 10 мл кислоты пошло V_щ (мл) щелочи, тогда их отношение равно

. (3)

При определении этого соотношения проводят три параллель­ных титрования и берут среднее значение. Результаты соотноше­ния С_щ/С_кзаносят в табл. I (см. форму отчета).

Так как в 20 мл смеси раствора эфира и щелочи до начала реакции содержится 10 мл щелочи, то, применяя формулу (3), находят V_о мл кислоты, идущей на нейтрализацию щелочи в пробе до начала реакции:

V_о = 10. (4)

После выдержки исходных растворов в термостате в течение 20 мин раствор эфира переливают в колбу со щелочью и тщатель­но перемешивают встряхиванием. Записывают время смешения растворов (с точностью до 1 мин), т. е. момент начала реакции.

Колбу со смесью помещают в термостат, плотно закрывают резиновой пробкой, которую открывают только на время отбора пробы.

Берут 10 конических колб на 100 мл и в каждую наливают из бюретки точно по 10 мл раствора кислоты. Через заданные промежутки времени 5, 10, 15, 20 и 25 мин от начала отбора пре­дыдущей пробы (или от момента сливания через 5, 15, 30, 50 и 75 мин) отбирают пипеткой по 20 мл две параллельные пробы в заранее приготовленные колбы с соляной кислотой. Для титро­вания смесь (проба + кислота) в колбе нагревают почти до кипе­ния (не кипятить!) и быстро титруют щелочью в присутствии фенолфталеина до появления розового окрашивания. Обычно окраска при охлаждении раствора исчезает вследствие нейтрали­зации небольшого избытка щелочи углекислым газом из воздуха, а не от того, что смесь была недотитрована.

Результаты титровании заносят в табл. I (см. форму отчета). Перед началом работы необходимо подготовить в лабораторном журнале две таблицы I для двух температур.

Значительный интервал времени отбора позволяет приступить к титрованию первых проб.

Реакция омыления эфира заканчивается при комнатной тем­пературе приблизительно за сутки. Чтобы довести ее до конца за более короткий срок, отдельную порцию (80 мл) реакционной смеси эфира с щелочью (без кислоты) переносят в плоскодон­ную колбу (на 100—150 мл), закрывают корковой пробкой с обратным холодильником (стеклянная трубка высотой 50—70 см .и диаметром ~ 1 см), чтобы избежать улетучивания эфира, и нагревают в водяной бане при 50—60° С не менее 1 часа.

После этого смесь охлаждают, отбирают три параллельные пробы по 20 мл и титруют, как было описано выше (обратным титрованием). Это дает возможность определить V_∞.

Для экономного использования времени после отбора первой пробы отбирают 80 мл реакционной смеси и начинают нагрева­ние с обратным холодильником в бане (отмечая время начала нагревания).

Повторяют определение константы скорости омыления слож­ного эфира при температуре Т₂. Если времени недостаточно, то исследование при температуре Т₂ проводит второй студент; резуль­таты обобщаются.