Esterdamise reaktsiooni tasakaalukonstandi määramine (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr: 8f
Töö pealkiri: Esterdamise reaktsiooni tasakaalukonstandi määramine
Üliõpilase nimi ja eesnimi :
Õpperühm: KAOB-61
Töö teostamise
kuupäev: 26.03.2012
Kontrollitud:
Arvestatud:
Töö ülesanne. 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 üks lahustest 1 kuni 6 või mõni muu segu:
1) 5 ml 3n HCl + 5 ml etüületanaati,
2) 5 m1 3n HCl + 4 ml etüületanaati + 1 ml vett,
3) 5 m1 3n HCl + 2 ml etüületanaati + 3 ml vett,
4) 5 m1 3n HCl + 4 ml etüületanaati + 1 ml etanooli,
5) 5 m1 3n HCl + 4 ml etüületanaati + 1 ml etaanhapet ,
6) 5 m1 3n HCl + 4 ml etanooli + 1 ml etaanhapet.
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.
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 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. Seda on soovitav teha tabeli 2 kujul. Edasi arvutatakse näiline tasakaalukonstant K´x.
K´x väärtus sõltub mõningal määral kontsentratsioonidest.
Andmed.
Uuritav lahus: 5) 5 ml 3n HCl+ 4 ml etüületanaati+ 1 ml etaanhapet
Lähtelahusesse pipeteeritud vee hulk: -
5 ml 3n HCl lahuse mass: 4,664 g
HCl-ga sisseviidud vee hulk: 4,104g
Summarne vee hulk lähte lahuses: 4,104g, 0,228 mooli
Etanooli lähtelahuses: -
Etüületanaati lähtelahuses: 3,51g, 0,040 mooli
Etaanhapet lähtelahuses: 1,001g, 0,017 mooli
Tasakaalusegu tiitrimiseks kulunud 0, 5010 n NaOH kogus 87,9 ml
5 ml 3n HCl tiitrimiseks kulunud 0,5010n NaOH kogus 30,7 ml
Tasakaalusegus etaanhappe tiitrimiseks kulunud 0,5010 n NaOH kogus 57,2 ml
Etaanhapet tasakaalusegus: 0,0287 mooli
Reaktsioonil tekkinud/reageerinud etaanhappe kogus: 0,0117 mooli
Etanooli tasakaalusegus: 0,0117 mooli
Etüületanaati tasakaalusegus: 0,0283 mooli
Vett tasakaalusegus: 0,2163 mooli
Tasakaalukonstant K´x: 18,23
Arvutused:
HCl-ga sisse viidud vee hulga leidmine.
NaOH normaalne kontsentratsioon loetakse võrdseks molaarse kontsentratsiooniga .
HCl massi leidmine: HCl moolide hulk loetakse võrdseks NaOH moolidega. M(HCl)=36,5 g/mol.
Vee mass
M(H20): 18 g/mol. Vee moolid :
mooli
Etaanhappe hulga leidmine:
87,9-30,7= 57,2 ml NaOH
n= C×V= 0,5010×0,0572= 0,0287 mooli
Etüületanaati ja etaanhapet lähtelahuses:
Etüületanaat: M(CH3COOC2H5)= 12+3*1+12+2*16+2*12+5*1= 88 g/mol
n= 3,510/88= 0,040 mooli
Etaanhape: M(CH3COOH)= 2*12+4*1+2*16= 60 g/mol
n= 1,001/60= 0,017 mooli
Aine
Mooli lähtelahuses
Reageerib ära
Tekib
Tasakaalus moole
Etaanhape
0,017
0,0117
0,0287
Etanool
0,0117
0,0117
Etüületanaat
0.040
0,0117
0,0283
Vesi
0,228
0,0117
0,2163
Σ=0,285