ESTERDAMISE REAKTSIOONI TASAKAALUKONSTANDI MÄÄRAMINE (0)

FK laboratoorne töö nr.8 (lahus nr.5)
ESTERDAMISE REAKTSIOONI TASAKAALUKONSTANDI MÄÄRAMINE
Töö ülesanne. Töös määratakse tasakaalukonstant lahuses toimuvale reaktsioonile
CH3COOH + C2H5OH ↔ CH3COOC2H5 + H20.
Sissejuhatus. 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, 8 50-ml mahuga lihvitud klaaskorgiga suletavat kolbi, kaaluklaas.
Reaktiivid . 0,5 n NaOH lahus, ff indikaator, etüületanaat (etüülatsetaat), kontsentreeritud HCI, 100-% etaanhape (jää- äädikhape ), absoluutne etanool .
Katse käik. 50-m1 mahuga klaaskorgiga suletavatesse täiesti kuivadesse kolbidesse pipeteeritakse esimene segu ja vastavalt praktikumi juhendaja korraldusele
Kaks parallelkatset (kolbi), millesse on mõõdetud 5 ml 3n HCl + 5 ml vett pannakse eraldi riiulile seisma.
Ning seejärel valmistatakse kaks paralleelkatset reaktsioonilahustest (5 ml 3n HCl+ 4 ml etüületanaati + 1 ml etanooli)
Tähelepanu! Kõikidel juhtudel tehakse ka paralleelkatse. Iga kolb suletakse kiiresti ning jäetakse seisma vähemalt 48 tunniks (veel parem nädalaks), vahetevahel loksutades. Auramise vältimiseks on oluline, et lihvid oleksid tihedalt suletud. Kolbe pole vaja termostateerida, sest antud reaktsiooni tasalkaalu mõjutab temperatuur vähe. (Miks?)
Iga reagendi hulk määratakse kaalumise teel. Pipett lastakse tühjaks voolata otse kaaluklaasi. Võetakse järgmistest kaalutistest need, mida kasutati lahuste valmistamisel: Näiteks
5 ml 3n HCl,
4 ml etüületanaati,
1 ml etanooli,
Kuna reaktsiooni tasakaal nihkub aeglaselt, on tasakaalukontsentratsioonid määratavad tiitrimise teel. Pärast seismist tiitrida iga kolvi sisu (otse kolbi) 0,5 n NaOH lahusega fenoolftaleiini juuresolekul.
Arvutused. Vee hulk igas kolvis katse algul on leitav, lisades puhta vee massile 3n HCl-s oleva vee massi. Viimane arvutatakse, lahutades 5ml 3n HCl lahuse massist selles leiduva HCl tiitrimise teel määratud massi.
Etaanhappe hulk tasakaaluolukorras igas kolvis arvutatakse lähtudes tasakaalulise lahuse tiitrimiseks kulutatud NaOH milliliitrite arvust, millest lahutatakse esimese kolvi sisu tiitrimiseks kulunud NaOH-kogus.
Lahuste 6 ja 7 korral lisatakse lähtelahusele etaanhapet ning seda kogust peab kasutama kõigi teiste ainete hulga määramiseks tasakaalusegus . Iga reaktsioonil tekkinud etaanhappe mooli kohta tekib 1 mool etanooli ja kaob 1 mool vett ning 1 mool etüületanaati.
Kui on teada kõigi nelja aine hulk lähtesegus ja reaktsiooni vältel tekkivate etaanhappe moolide arv, saab arvutada näilise tasakaalukonstandi K´x.
K´x väärtus sõltub mõningal määral kontsentratsioonidest.
Arvutused

HCl-ga sisse viidud vee hulga leidmine

Lahuse nr 1 tiitrimiseks kulunud NaOH moolide hulga leidmine
(Antud juhul NaOH normaalne kontsentratsioon loetud võrdseks molaarse kontsentratsiooniga: )

HCl massi leidmine
Lahuse nr 1 tiitrimiseks kulunud NaOH moolide hulk võetud võrdseks lahuses leidunud HCl moolide hulgaga
ja HCl molaarmass

5ml 3N HCl lahuse massist lahuses leidunud HCl massi lahutamine

Summaarse vee hulga leidmine grammides lahuses nr 1

Summaarse vee hulga leidmine moolides lahuses nr 1
Vee molaarmass

Etüületanaadi moolide hulga leidmine lahuses nr 5
Etüületanaadi molaarmass

Etanooli moolide hulga leidmine lahuses nr 5
Etanooli molaarmass

Tasakaalusegus tiitrimiseks kulunud 0,5020N NaOH hulga leidmine milliliitrites

Etaanhappe moolide arvu leidmine tasakaalusegus

Etaanhappe tiitrimiseks kulunud NaOH moolide hulga leidmine
b)

Reaktsioonil tekkinud etaanhappe moolide hulga leidmine

Reaktsioonil tekkinud etanooli moolide hulga leidmine

Etanooli moolide hulga leidmine tasakaalusegus
netanool = ntekkinud_etanool + n lähte_etanool = 0,0219 + 0, 0160 = 0,0379mol

Etüületanaadi moolide hulga leidmine tasakaalusegus

Vee moolide hulga leidmine tasakaalusegus

Näilise tasakaalukonstandi arvutamine
Moolimurdude asemel kasutatud lihtsalt moolide hulki, kuna kõikide tasakaalusegus olevate ainete moolimurdude nimetajad oleksid ühesugused ning taanduksid koheselt välja
Katseandmed ja arvutustulemused
 
tähis
Lahus nr 1
Lahus nr 5
I
II
I
II
Lähtelahusesse pipeteeritud vee hulk, g
 mläht.vesi
5ml 3n HCl lahuse mass, g
  mlahus
5,121
5,121
5,121
5,121
HCl-ga sisse viidud vee hulk, g
 mvesi
Summaarne vee hulk lähtelahuses, g
 msum.vesi
Summaarne vee hulk lähtelahuses, mol
 nH2O_sum.ähte
0,252
0,252
Etüületanaati lähtelahuses, g
 mlähte_etüületanaat
3.524
3.524
Etüületanaati lähtelahuses, mol
 nlähte_etüületanaat
0,04
0,04
Etanool lähtelahuses, g
 mlähte_etaanhape
0,739
0,739
Etanool lähtelahuses, mol
 nlähte_etaanhape
0,0160
0,0160
Tasakaalusegu tiitrimiseks kulunud 0,5028n NaOH ml
 Vtasakaalusegu
31,4
31,4
75,1
75,1
5 ml 3n HCl tiitrimiseks kulunud 0,5028n NaOH ml
  VNaOH ,HCl-le
31,4
31,4
31,4
31,4
Tasakaalusegus etaanhappe tiitrimiseks kulunud NaOH ml
 VNaOH,etaanhappele
43,7
43,7
Etaanhappe tasakaalusegus, mol
 ntasak_etaanhape
0,0219
0,0219
Reaktsioonil tekkinud etaanhappe, mol
 ntekkinud_etaanhape
0,0219
0,0219
Etanooli tasakaalusegus, mol
 netanool
0,0379
0,0379
Etüületanaati tasakaalusegus, mol
 netüületanaat
0,0181
0,0181
Vett tasakaalusegus, mol
 nH2O_tasakaal
0,2301
0,2301
Tasakaalukonstant
 K’x
Tabel 1. Katseandmed ja arvutustulemused
Lahus nr.5
Aine
Mooli lähtelahuses
Reageerib ära
Tekib
Tasakaalus moole
Etaanhape
0,0219
0,0219
Etanool
0,0219
0,0379
Etüületanaat
0,04
0,0219
0,0181
Vesi
0,252
0,0219
0,2301
Tabel 2. Ainete mooli hulk
Katsevea arvutus
Kirjanduse andmetel peaks antud reaktsiooni tasakaalukonstandi väärtus toatemperatuuril olema K=4,75.(t=25C)
Sellisel juhul on erinevus katsetulemusega lausa .
Järeldused tööst
Antud töös arvutasin esterdamise reaktsiooni näilise tasakaalukonstandi, mille väärtuseks sain Kx= 5,02. Kirjanduse andmetega võrreldes ilmneb, et erinevus arvutatud suurusega on märkimisväärne -- kuni 105,7%.