ESTERDAMISE REAKTSIOONI TASAKAALUKONSTANDI MÄÄRAMINE (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 8f
ESTERDAMISE REAKTSIOONI TASAKAALUKONSTANDI MÄÄRAMINE
Üliõpilase nimi:
Õpperühm:
Töö teostamise
kuupäev:
19.02.2014
Kontrollitud:
Arvestatud:
Töö eesmärk
Töös määratakse tasakaalukonstant lahuses toimuvale reaktsioonile
CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5 + H20.
Teooria
Eeltoodud reaktsioonile on termodünaamiline tasakaalukonstant avaldatav tasakaalu olukorras mõõdetud produktide ja lähteainete aktiivsuste kaudu:
kus xi - komponendi moolimurd,
γi - komponendi aktiivsustegur lahuses.
Kui puuduvad andmed komponentide aktiivsustegurite kohta, on sobiv kasutada näilist tasakaalukonstanti K'x, mis avaldatakse moolimurdude xi kaudu:
Termodünaamiline ja näiline tasakaalukonstant on omavahel seotud järgmiselt:
Aktiivsustegureid on võimalik määrata aururõhu mõõtmise teel.
Antud töös kasutatakse näilist tasakaalukonstanti, mis on konstantne küllalt suures kontsentratsioonide piirkonnas.
Reaktsiooni tasakaal saabub aeglaselt. Käesolevas töös kasutatakse tasakaaluoleku kiiremaks saavutamiseks katalüsaatorina HCl. Katalüsaatori kontsentratsioon on küllalt suur, et muuta vee reaktsiooni ja mõjutada tasakaalukonstandi arvväärtust, kuid kindla HCl kontsentratsiooni puhul on tasakaalukonstant püsiv. HCl lisatakse ainult katalüsaatorina reaktsiooni kiirendamiseks, ta ei võta osa reaktsioonist..
Tööl on praktiline tähtsus keemilise sünteesi jaoks, kus on vaja teada teoreetilist saagist antud lähteainete kontsentratsiooni puhul. Arvutusi saab teha teades tasakaalukonstanti, eeldades, et reaktsiooni aeg on küllaldane tasakaalu saavutamiseks.
Aparatuur
Bürett, 5-ml pipett , 2-ml pipett, 1-ml pipett, 250-ml mahuga lihvitud klaaskorgiga suletav kolb , kaaluklaas.
Reaktiivid
0,5 n NaOH lahus, ff indikaator, etüületanaat (etüülatsetaat), kontsentreeritud HCI, 100-% etaanhape (jää-äädikhape), absoluutne etanool.
Katse käik
250-m1 mahuga klaaskorgiga suletavasse täiesti kuiva kolbi pipeteeritakse vastavalt praktikumi juhendaja korraldusele:
5 m1 3n HCl + 4 ml etanooli + 1 ml etaanhapet
Kolb suletakse kiiresti ning jäetakse seisma vähemalt 48 tunniks (antud olukorras jäi koguni 2 nädalaks). Auramise vältimiseks on oluline, et lihvid oleksid tihedalt suletud. Kolbe pole vaja termostateerida, sest antud reaktsiooni tasalkaalu mõjutab temperatuur vähe.
Iga reagendi hulk määratakse kaalumise teel. Võetakse hulgad, mida kasutati lahuste valmistamisel ja lastakse pipett tühjaks voolata otse kaaluklaasi.
Katalüsaatori (HCl) hulk uuritavates lahustes määratakse 5 ml 3n HCl lahuse tiitrimise teel 0,5 n NaOH lahusega fenoolftaleiini (ff) juuresolekul. Kui uuritavas lahuses on 5 milliliitrist erinev kogus 3n HCl-i, määratakse HCl hulk selles koguses 3n HCl lahuses. HCl lahuse mass määratakse kaalumise teel.
Kuna reaktsiooni tasakaal nihkub aeglaselt, on tasakaalukontsentratsioonid määratavad tiitrimise teel. Pärast seismist tiitrida kolvi sisu (otse kolbi) 0,5 n NaOH lahusega ff juuresolekul.
Arvutused
Vee hulk igas kolvis katse algul on leitav, lisades puhta vee massile (antud olukorras puhast vett polegi) 3n HCl-s oleva vee massi. Viimane arvutatakse, lahutades 5ml 3n HCl lahuse massist selles leiduva HCl massi, mis on määratud tiitrimise teel.
Etaanhappe hulk tasakaaluolukorras igas kolvis arvutatakse lähtudes tasakaalulise lahuse tiitrimiseks kulutatud NaOH milliliitrite arvust, millest lahutatakse HCl lahuse tiitrimiseks kulunud NaOH-kogus.
Tasakaalusegu tiitrimise alusel määratakse tasakaalusegus olev etaanhappe kogus (moolide arv). Arvestades lähtelahusesse viidud etaanhappe hulka leitakse reaktsiooni käigus tekkinud või ära reageerinud etaanhappe kogus.
Kui on teada kõigi nelja aine hulk (moolides) lähtesegus ja reaktsiooni vältel tekkiva (ära reageeriva) etaanhappe moolide arv, saab arvutada teiste ainete hulga (moolides) tasakaalusegus. Iga reaktsioonil tekkinud etaanhappe mooli kohta tekib 1 mool etanooli ja kaob 1 mool vett ning 1 mool etüületanaati ja vastupidi. Edasi arvutatakse näiline tasakaalukonstant K´x.
Katseandmed Tabel 1
Uuritav lahus: 5 m1 3n HCl + 4 ml etanooli + 1 ml etaanhapet
Lähtelahusesse pipeteeritud vee hulk: 0 g
5 m1 3n HCl lahuse mass: 5,23 g
HCl-ga sisseviidud vee hulk: 4,659 g
Summaarne vee hulk lähtelahuses: 4,659 g
0,2588 mooli
Etanooli lähtelahuses: 3,15 g
0,0685 mooli
Etaanhapet lähtelahuses: 1,09 g
0,0182 mooli
Tasakaalusegu tiitrimiseks kulunud
0,5160 n NaOH kogus: 45,8 ml
5 m1 3n HCl tiitrimiseks kulunud
0,5160 n NaOH kogus: 30,3 ml
Tasakaalusegus etaanhappe tiitrimiseks kulunud
0,5160 n NaOH kogus: 15,5 ml
Etaanhapet tasakaalusegus: 0,0078 mooli
Reaktsioonil ära reageerinud etaanhappe
­kogus: 0, 0104 mooli
Etanooli tasakaalusegus: 0,0581 mooli
Etüületanaati tasakaalusegus: 0,0104 mooli
Vett tasakaalusegus: 0,2692 mooli
Tasakaalukonstant
HCl-iga sisse viidud vee hulga arvutamiseks tuleb kogu lahuse massist () lahutada lahuses olnud HCl mass.
HCl mass lahuses:
= 5,23 – 0,5707 = 4,659 g
Tabel 2
Uuritav lahus:
Aine
Mooli lähtelahuses
Reageerib ära
Tekib
Tasakaalus moole
Etaanhape
0,0182 mooli
0,0104 mooli
0,0078 mooli
Etanool
0,0685 mooli
0,0104 mooli
0,0581 mooli
Etüületanaat
0 mooli
0,0104 mooli
0,0104 mooli
Vesi
0,2588 mooli
0,0104 mooli
0,2692 mooli
Teoreetiline tasakaalukonstant
∆H0f,298 , kJ/mol
∆S0f,298, J/(mol·K)
C2H5OH (v)
-276,98
160,67
CH3COOH (v)
-484,09
159,83
CH3COOC2H5 (v)
-479,03
259,41
H2O (v)
-285,83
69,95
Katsevea arvutus
Järeldus
Katseviga tuleb päris suur ja selle järgi tundub, et katse just kõige paremini ei õnnestunud. Vea suurus on 53,9 %.
Suure vea võisid põhjustada ebatäpsused lahuste valmistamisel, kaalumistel ja tiitrimistel.