cw.12_13-kinetyka_octan_etylu.pdf
(
70 KB
)
Pobierz
(æw. 12, 13 - reakcja hydrolizy octanu metylu, etylu, butylu)
Ę
wiczenie 12, 13.
Kinetyka chemiczna.
Kinetyka chemiczna jest działem fizykochemii zajmuj
Ģ
cym si
ħ
szybko
Ļ
ci
Ģ
i mechanizmem
reakcji chemicznych w ró
Ň
nych warunkach.
Szybko
Ļę
reakcji chemicznej jest zwi
Ģ
zana z rodzajem reaguj
Ģ
cych substancji, ich st
ħŇ
eniem,
temperatur
Ģ
reakcji oraz obecno
Ļ
ci
Ģ
katalizatorów. Badania szybko
Ļ
ci reakcji maj
Ģ
na celu
okre
Ļ
lenie mechanizmu reakcji, jak i równie
Ň
wyznaczenie równania kinetycznego danej
reakcji. Znajomo
Ļę
tych dwóch parametrów pozwala tak sterowa
ę
reakcj
Ģ
, aby zachodziła ona
w najkorzystniejszych warunkach i z maksymalnym skutkiem (otrzymywanie maksymalnej
ilo
Ļ
ci produktów).
Według teorii zderze
ı
, aby dwie lub wi
ħ
cej cz
Ģ
steczek mogły ze sob
Ģ
przereagowa
ę
i w
efekcie da
ę
cz
Ģ
steczk
ħ
produktu musz
Ģ
si
ħ
ze sob
Ģ
zderzy
ę
. Prawdopodobie
ı
stwo takiego
zderzenia jest tym wi
ħ
ksze im wi
ħ
cej jest cz
Ģ
steczek substratów w mieszaninie reakcyjnej, a
wi
ħ
c im wi
ħ
ksze jest ich st
ħŇ
enie.
Szybko
Ļę
reakcji chemicznej jest zale
Ň
na od temperatury, w jakiej przebiega ta reakcja.
Prawie zawsze szybko
Ļę
reakcji ro
Ļ
nie ze wzrostem temperatury, przy czym nie jest to wzrost
liniowy, lecz wykładniczy. W przybli
Ň
ony sposób zale
Ň
no
Ļę
t
ħ
podaje reguła van’t Hoffa,
która stwierdza,
Ň
e
wzrost temperatury o 10
°
C powoduje wzrost szybko
Ļ
ci reakcji 2-4-
krotnie
. Reguła van’t Hoffa ma charakter przybli
Ň
ony i cz
ħ
sto wyst
ħ
puje odchylenie od tej
reguły.
ĺ
ci
Ļ
lejsz
Ģ
zale
Ň
no
Ļę
szybko
Ļ
ci reakcji chemicznej od temperatury przedstawia
równanie Arrhenius’a.
-
E
a
k
( )
( )
T
E
Ä
1
1
Ô
k
(
T
)
=
A
×
e
RT
¼
ln
=
a
Å
-
Õ
k
T
R
T
T
Æ
Ö
0
0
gdzie:
T
0
, T
– temperatura w jakiej przebiega reakcja,
E
a
– energia aktywacji,
R
– stała gazowa
Na szybko
Ļę
reakcji wpływa równie
Ň
obecno
Ļę
katalizatora. Jest to substancja, która
powoduje wzrost szybko
Ļ
ci reakcji poprzez obni
Ň
enie energii aktywacji. Sama jednak nie
zu
Ň
ywa si
ħ
i w niezmienionej postaci pozostaje po reakcji, dlatego te
Ň
nie uwzgl
ħ
dnia si
ħ
jej
w stechiometrycznym równaniu reakcji. Zjawisko przyspieszania reakcji chemicznych przez
katalizator nosi nazw
ħ
katalizy
.
Szybko
Ļę
reakcji chemicznej zale
Ň
y zatem od wielu czynników, spo
Ļ
ród których nale
Ň
y
wymieni
ę
:
1.
st
ħŇ
enie reagentów,
2.
temperatur
ħ
,
3.
wyst
ħ
powanie katalizatora,
4.
rodzaj rozpuszczalnika i inne czynniki takie jak np.
Ļ
wiatło dla reakcji
fotochemicznych.
Podczas przebiegu reakcji chemicznej, st
ħŇ
enie maleje w wyniku przereagowania kolejnej
ilo
Ļ
ci cz
Ģ
steczek a wi
ħ
c szybko
Ļę
reakcji ulega ci
Ģ
głym zmianom w zale
Ň
no
Ļ
ci od st
ħŇ
enia
33
cz
Ģ
steczek reaguj
Ģ
cych w danej chwili. Na takiej podstawie mo
Ň
na stwierdzi
ę
,
Ň
e szybko
Ļę
reakcji chemicznej jest wielko
Ļ
ci
Ģ
zmienn
Ģ
i mo
Ň
na j
Ģ
okre
Ļ
li
ę
zmian st
ħŇ
enia w czasie.
V
=
±
dc
dt
W najprostszym przypadku, gdy reaguje tylko jeden rodzaj cz
Ģ
steczek, równanie kinetyczne
reakcji przedstawia si
ħ
nast
ħ
puj
Ģ
co:
-
dc
=
k
×
c
dt
gdzie:
c
–st
ħŇ
enie substratu,
t
– czas,
k
–
stała szybko
Ļ
ci reakcji
.
Przekształcaj
Ģ
c to równanie do postaci:
dc
=
k
×
dt
c
i przyjmuj
Ģ
c,
Ň
e na pocz
Ģ
tku reakcji chemicznej, czyli dla
t
=0
st
ħŇ
enie substratu równe jest
c
0
oraz
Ň
e, po czasie
t
osi
Ģ
ga st
ħŇ
enie
c
, mo
Ň
emy powy
Ň
sze równanie przekształci
ę
do postaci:
k
=
1
ln
c
0
t
c
Dzi
ħ
ki temu równaniu, znaj
Ģ
c st
ħŇ
enie pocz
Ģ
tkowe substratu
c
0
oraz st
ħŇ
enie
c
po czasie
t
jeste
Ļ
my w stanie wyznaczy
ę
warto
Ļę
stałej szybko
Ļ
ci reakcji chemicznej.
Ilo
Ļ
ciowo szybko
Ļę
reakcji chemicznej okre
Ļ
la si
ħ
jako zmian
ħ
st
ħŇ
enia substratu lub
produktu w jednostce czasu i dla reakcji typu:
A
+
B
®
C
równanie okre
Ļ
laj
Ģ
ce szybko
Ļę
reakcji ma posta
ę
V
=
-
dc
A
=
-
dc
B
=
+
dc
C
dt
dt
dt
gdzie:
c
A
, c
B
, c
C
– st
ħŇ
enia molowe substancji
A,B, C
.
Z uwagi na to,
Ň
e st
ħŇ
enie substratów
A
i
B
ulega zmniejszeniu w czasie trwania reakcji
wielko
Ļ
ci
dc
A
i
dc
B
maj
Ģ
warto
Ļ
ci ujemne.
dt
dt
Znajomo
Ļę
mechanizmu reakcji pozwala na uzyskanie informacji nie tylko o tym, jakie
reagenty bior
Ģ
udział w reakcji ale tak
Ň
e czy reakcja przebiega bezpo
Ļ
rednio, czy z etapami
po
Ļ
rednimi, czy przemiana chemiczna zaszła do ko
ı
ca. Aby pozna
ę
mechanizm reakcji
34
chemicznej nale
Ň
y uprzednio okre
Ļ
li
ę
jej rz
ħ
dowo
Ļę
i cz
Ģ
steczkowo
Ļę
. W badaniach
kinetycznych zasadnicze znaczenie ma ustalenie rz
ħ
du reakcji.
Je
Ň
eli w reakcji bierze udział tylko jedna cz
Ģ
steczka, wówczas reakcj
ħ
tak
Ģ
nazywamy reakcja
jednocz
Ģ
steczkow
Ģ
lub monomolekularn
Ģ
. Szybko
Ļę
takiej reakcji opisuje równanie
kinetyczne pierwszego rz
ħ
du:
V
=
k
×
c
A
.
Je
Ň
eli reakcja przebiega z udziałem dwóch cz
Ģ
steczek to reakcja jest dwucz
Ģ
steczkowa, a jej
szybko
Ļę
wyra
Ň
a równanie kinetyczne drugiego rz
ħ
du:
V
=
k
×
c
A
lub
V
=
k
×
c
A
c
×
B
.
Je
Ň
eli w reakcji chemicznym bior
Ģ
udział trzy cz
Ģ
steczki to reakcja jest trójcz
Ģ
steczkowa, a
szybko
Ļę
takiej reakcji mog
Ģ
wyra
Ň
a
ę
równania kinetyczne:
V
=
k
×
c
A
lub
V
=
k
×
c
A
c
×
B
lub
V
=
k
×
c
A
×
c
B
×
c
C
Sumarycznym rz
ħ
dem reakcji nazywamy sum
ħ
wykładników pot
ħ
gowych w jakich wyst
ħ
puj
Ģ
st
ħŇ
enia w równaniu kinetycznym. Najcz
ħĻ
ciej rz
Ģ
d reakcji nie odpowiada liczbie reaguj
Ģ
cych
cz
Ģ
steczek równania kinetycznego.
Dla reakcji przedstawionej sumarycznym równaniem stechiometrycznym:
aA
+
bB
+
cC
+
....... =
........
szybko
Ļę
reakcji wyra
Ň
a równanie:
V
=
k
×
c
a
A
×
c
b
B
×
c
c
C
........
rz
Ģ
d reakcji okre
Ļ
la suma wykładników:
a
+
b
+
c
+
......
35
2
1.
Ę
wiczenie praktyczne. Wyznaczanie stałej szybko
Ļ
ci reakcji I rz
ħ
du dla katalizowanej
kwasem hydrolizy octanu metylu (etylu lub butylu) w temperaturze otoczenia (~20
°
C),
30
°
C, 40
°
C lub innych.
Celem
ę
wiczenia jest:
·
wyznaczenie stałej szybko
Ļ
ci reakcji hydrolizy octanu metylu na podstawie
miareczkowania alkacymetrycznego,
·
sprawdzenie reguły van Hoff’a,
·
wyliczenie energii aktywacji dla reakcji hydrolizy octanu metylu z równania
Arrheniusa,
·
analiza zale
Ň
no
Ļ
ci szybko
Ļ
ci reakcji w tej samej temperaturze od obecno
Ļ
ci
katalizatora
Sprz
ħ
t laboratoryjny:
ła
Ņ
nia wodna (termostat), dwie zlewki na min 150 cm
3
, pipeta 5 cm
3
wraz z pompk
Ģ
, biureta, cylinder miarowy 100 cm
3
, kolba ze szlifem na 250 cm
3
(z korkiem)
stoper, tryskawka
Odczynniki:
octan metylu (etylu, butylu) CH
3
COOCH
3
(CH
3
COOCH
3
CH
2
,
CH
3
COOCH
3
CH
2
CH
2
), 0,1m HCl, 0,1m NaOH, fenoloftaleina, lód, woda destylowana
Opis
ę
wiczenia:
W wyniku reakcji hydrolizy octanu metylu (etylu lub butylu) powstaje kwas octowy i
odpowiedni alkohol (metylowy, etylowy, butylowy):
CH
3
COOCH
3
+ H
2
O = CH
3
COOH + CH
3
OH
Stopie
ı
przereagowania odpowiedniego octanu mo
Ň
e by
ę
okre
Ļ
lony na podstawie
miareczkowania powstałego kwasu octowego zasad
Ģ
sodow
Ģ
w obecno
Ļ
ci wska
Ņ
nika –
fenoloftaleiny. Reakcja ta jest reakcj
Ģ
dwucz
Ģ
steczkow
Ģ
, ale z uwagi na du
Ň
e st
ħŇ
enie wody
w porównaniu ze st
ħŇ
eniem estru, nie ulega ono zmianie i reakcj
ħ
t
ħ
mo
Ň
na traktowa
ę
jako
reakcj
ħ
pierwszego rz
ħ
du. Proces hydrolizy estru przebiega bardzo powoli. Mo
Ň
na go
przyspieszy
ę
przez dodanie jonów wodorowych, które katalizuj
Ģ
reakcj
ħ
. Dlatego te
Ň
w
Ļ
rodowisku kwa
Ļ
nym reakcja ta przebiega znacznie szybciej.
Stał
Ģ
szybko
Ļ
ci tej reakcji oblicza si
ħ
na podstawie wzoru:
k
=
2
303
×
1
log
Å
Æ
V
¥
-
V
0
Õ
Ö
É
1
Ù
t
V
-
V
s
¥
gdzie:
V
- obj
ħ
to
Ļę
zu
Ň
yta do miareczkowania odpowiadaj
Ģ
ca całkowitemu przereagowaniu
V
- obj
ħ
to
Ļę
pierwszego miareczkowania,
V
- obj
ħ
to
Ļę
zu
Ň
yta do miareczkowania po czasie
t
.
lub na postawie wykresu zale
Ň
no
Ļ
ci
log
Å
V
¥
-
V
t
=
Õ
f
( )
t
V
-
V
Æ
Ö
¥
36
Ä
Ô
Ç
×
¥
0
Ä
Ô
0
Wykonanie do
Ļ
wiadczenia:
1.
Do kolby ze szlifem na 250 cm
3
a.
wla
ę
100 cm
3
0,1m HCl i odstawi
ę
na około 10-15 minut, (wy
Ň
sze temperatury
- wstawi
ę
do ła
Ņ
ni wodnej) –
reakcja katalizowana kwasem
b.
wla
ę
100 cm
3
wody destylowanej odstawi
ę
na około 10-15 minut, (wy
Ň
sze
temperatury - wstawi
ę
do ła
Ņ
ni wodnej) –
reakcja niekatalizowana
2.
Do dwóch zlewek na min 150 cm
3
(przeznaczonych do miareczkowania) wla
ę
około
10-20 cm
3
wody destylowanej ozi
ħ
bionej lodem,
3.
W celu zapocz
Ģ
tkowania reakcji wla
ę
100 cm
3
CH
3
COOCH
3
(CH
3
COOCH
3
CH
2
,
CH
3
COOCH
3
CH
2
CH
2
), do kolby ze szlifem zawieraj
Ģ
c
Ģ
0,1m HCl lub wod
ħ
destylowan
Ģ
(w zale
Ň
no
Ļ
ci od przeprowadzanej reakcji – katalizowanej lub
niekatalizowanej),
4.
Energicznie wstrz
Ģ
sn
Ģę
kolb
ħ
i
NATYCHMIAST
przenie
Ļę
po 5 cm
3
roztworu do
dwóch zlewek zawieraj
Ģ
cych ozi
ħ
bion
Ģ
wod
ħ
, uruchomi
ę
stoper,
5.
Kolb
ħ
z mieszanin
Ģ
kwasu (wody) oraz estru pozostawi
ę
w odpowiednich warunkach
temperaturowych.
6.
Miareczkowa
ę
utworzony kwas octowy (wobec fenoloftaleiny) a
Ň
do uzyskania
trwałego ró
Ň
owego zabarwienia, (miareczkowanie wykona
ę
dla dwóch próbek w tym
samym czasie),
7.
Miareczkowa
ę
kolejne porcje roztworu co pewien okres czasu, np.: co 5 minut (0, 5,
10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 minut).
8.
Ostatni pomiar wykona
ę
po pewnym dłu
Ň
szym czasie ~90 minutach.
Opracowanie wyników:
1.
Warto
Ļ
ci zmierzone podczas zaj
ħę
zebra
ę
w tabeli:
t
[s]
V
NaOH
[cm
3
]
log
Å
Æ
V
¥
-
V
0
Õ
Ö
k
Ç
1
×
É
Ù
V
-
V
s
¥
t
0 (
V
0
)
-
-
300
600
900
1200
1500
....
pomiar ostatni np. po
5400 (
V
µ
)
-
-
warto
Ļę
Ļ
rednia k
Ļ
r
=
2.
Sporz
Ģ
dzi
ę
wykres zale
Ň
no
Ļ
ci
log
Å
V
¥
-
V
t
=
Õ
f
( )
t
- papier milimetrowy lub w
Æ
V
-
V
Ö
¥
arkuszu kalkulacyjnym Excel,
37
Ä
Ô
Ä
Ô
0
Plik z chomika:
raffaello330
Inne pliki z tego folderu:
Egzaminy.rar
(2443 KB)
chemia reakcje 1 kolos.rar
(1379 KB)
Chemia Wyklady.rar
(3572 KB)
Węglowodory Teoria.rar
(7543 KB)
zw.organiczne.rar
(8030 KB)
Inne foldery tego chomika:
Analiza instrumentalna
Analiza sensoryczna
Makroekonomia
Technologia
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin