ацетон

Выполнили студенты 3 курса 62группы Логвиненко Дарья, Новик Полина
Лабораторная работы №2
Иодирование ацетона в кислой среде
Цель работы: исследование кинетики реакции иодирования ацетона в кислой
среде.
Оборудование и реактивы: мерная колба 250 мл; коническая колба; бюретка для
титрования; термостат; пипетки; 0,1 н раствор йода в 4%-ном растворе KI; 1 н раствор
HCl; ацетон; 0,01 н раствор Na2S2O3; 0,1 н раствор NaHCO3.
Теория метода. Реакция иодирования ацетона, катализируемая в водных растворах протонами:
протекает в две стадии.
На первой стадии происходит таутомерное превращение кетона в енол:
Затем енол реагирует с йодом:
Первая стадия протекает медленно, вторая – быстро и практически до конца. Поэтому скорость процесса определяется скоростью енолизации ацетона и не зависит от
концентрации иодида.
Выражение, позволяющее рассчитать kII:
𝑉
𝑎(𝑏 + 𝑥)
𝑘𝐼𝐼 =
𝑙𝑛
(𝑎 + 𝑏)𝑡 𝑏(𝑎 − 𝑥)
Для графической проверки данное уравнение используется в линейной форме:
𝑏 + 𝑥 (𝑎 + 𝑏)𝑘𝐼𝐼 𝑡
𝑏
𝑙𝑛
=
+ 𝑙𝑛
𝑎−𝑥
𝑉
𝑎
Для расчёта константы скорости k количество ацетона и ионов водорода удобно
отнести к 1 мл раствора. Тогда количество прореагировавшего ацетона может быть
определено соотношением:
𝑥 = (𝑛0 − 𝑛𝑡 ) ∙ 𝑁 ∙ 10−4
где х – число моль ацетона, вступивших в реакцию ко времени t в 1 мл смеси; 𝑛𝑡 – число
мл Na2S2O3, пошедших на титрование 10 мл пробы, взятой в момент времени t; N – нормальность раствора тиосульфата; 𝑛0 – количество мл раствора Na2S2O3, которое должно
было бы пойти на титрование в момент начала реакции.
Для определения 𝑛0 строят график в координатах n – t и экстраполяцией до t=0
находят искомую величину. Поскольку в данном расчёте величина х отнесена к 1 мл (V
= 1 мл), то и первоначальные значения a и b необходимо привести к 1 мл, т.е. разделить
на 250:
масса ацетона
𝑀ацетона ∙ 250
𝐻𝐶𝑙 ∙ 25
𝑏=
= 𝑁𝐻𝐶𝑙 ∙ 10−4
1000 ∙ 250
𝑏+𝑥
Далее строят графики в координатах 𝑙𝑛
− 𝑡. Из наклона каждой прямой нахо𝑎=
𝑎−𝑥
дят значение константы скорости и сравнивают с Кср, полученной расчётным путём.
Для определения энергии активации полученные при разных температурах значе1
ния констант скоростей представляют в виде графика 𝑙𝑛𝑘𝐼𝐼 − , 𝐾, которого определяют
𝑇
искомую величину Е:
𝑘2
𝐸 (𝑇2 − 𝑇1 )
𝑙𝑔 =
𝑘1 2,303𝑅 𝑇2 𝑇1
где Е – энергия активации, k1 и k2 – константы скорости реакции при Т1 и T2.
Ход работы
1. В мерную колбу ёмкостью 250 мл вливают 25 мл 0,1 н раствора йода в 4%-ном
растворе КI, прибавляют к нему 25 мл 1 н соляной кислоты и разбавляют дистиллированной водой до 250 мл.
2. Колбу с раствором помещают в термостат, установленный на температуру 19оС.
3. Навеску ацетона берут следующим образом: на аналитических весах взвешивают колбу с 10 мл дистиллированной водой, затем добавляют 1,5 мл ацетона и
опять взвешивают (молекулярная масса ацетона 58).
Таблица 1. Измерение массы навески ацетона.
Масса навески ацетона, г
Опыт при 19оС
1,21
Опыт при 30оС
1,21
4. Колбу с водным раствором ацетона при закрытой пробке выдерживают 10-15
мин в том же термостате, после чего содержимое её быстро вливают в мерную
колбу с иодидом и кислотой и перемешивают смесь.
5. Далее быстро двумя порциями дистиллированной воды (нагрета до температуры
термостата) колбочку ополаскивают и дополняют содержимое мерной колбы до
метки, после чего смесь тщательно перемешивают, колбу закрывают притёртой
пробкой и вновь помещают в термостат.
6. Каждые 10 мин отбирают пробу 10 мл из колбы, не вынимая колбу из термостата, добавляют в неё 10 мл NaHCO3 и титруют раствором тиосульфата (данные
табл. 2).
Таблица 2. Опытные и расчётные данные.
19
t,
мин
10
20
30
40
50
60
70
80
nt
(Na2S2O3),
мл
8,5
8,4
8,3
8,0
7,9
7,7
7,4
7,3
x=(n0nt)·N·10-4,
моль/мл
2,286*10-7
3,286*10-7
5,286*10-7
7,286*10-7
8,286*10-7
1,0286*10-6
1,3286*10-6
1,4286*10-6
kII,
мл/моль·мин
kIIср,
мл/моль·мин
2,610
1,876
2,012
2,081
1,893
1,959
2,169
2,041
2,080
𝒍𝒏
𝒃+𝒙
𝒂−𝒙
0,1374
0,1395
0,1438
0,1481
0,1503
0,1545
0,1610
0,1631
1/T, K
lnkIIср
0,003423
0.73237
7. Экстраполируя данные зависимости находим n0(19) = 8,73 мл;
График зависимости n-t для опыта при 19℃
8,6
8,5
8,4
8,3
8,2
8,1
8
7,9
7,8
7,7
7,6
7,5
7,4
7,3
7,2
nt (Na2S2O3), мл
t,
oC
y = -0,0179x + 8,7286
R² = 0,9884
10
20
30
40
50
60
70
80
t, мин
8. Вычисляем a и b:
масса ацетона
1,21
моль
𝑎=
=
= 8,345 ∗ 10−5
𝑀ацетона ∙ 250
58 ∙ 250
мл
𝐻𝐶𝑙 ∙ 25
моль
𝑏=
= 𝑁𝐻𝐶𝑙 ∙ 10−4 = 10−4
1000 ∙ 250
мл
9. Используя линейную форму уравнения для расчёта константы скорости реакции,
строим графики в координатах 𝑙𝑛
𝑏+𝑥
𝑎−𝑥
− 𝑡. Из наклона каждой прямой находим
константы скорости и сравниваем с kIIср, полученной расчётным путём.
𝑡𝑔𝛼
kII19 =
= 2.13 мл/моль·мин
𝑎+𝑏
𝑙𝑛 (𝑏+𝑥)/(𝑎−𝑥)
График зависимости 𝑙𝑛 (𝑏+𝑥)/(𝑎−𝑥) от 𝑡 при 19℃
0,165
0,163
0,161
0,159
0,157
0,155
0,153
0,151
0,149
0,147
0,145
0,143
0,141
0,139
0,137
0,135
y = 0,0004x + 0,1325
R² = 0,9882
10
20
30
40
50
60
70
80
𝑡, сек
Полученные значения практически совпадают с расчётными.
10.Для определения энергии активации полученные при разных температурах значения констант скоростей представляют в виде графика lnkII – 1/T, K. Из графика
можем определить величину Е:
𝑘2
𝐸 (𝑇2 − 𝑇1 )
𝑙𝑔 =
𝑘1 2,303𝑅 𝑇2 𝑇1
lnkII
График зависимости lnkII – 1/T, K
расч
𝐸а
2,4
2,2
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,00329 0,00331 0,00333 0,00335 0,00337 0,00339 0,00341 0,00343
1/T, K
= 93789 Дж/моль; 𝑡𝑔𝛼 = −
𝐸
𝑅
опр.гр.
→ 𝐸а
= 104815 Дж/моль.
Вывод: в ходе лабораторной работы была определена энергия активации
расчётным и графическим методом, а также были определены константы скорости при 19℃.