ETAANHAPPE ANHÜDRIIDI HÜDRATATSIOONI KIIRUSE MÄÄRAMINE (0)

TTÜ
Materjaliteaduse instituut
füüsikalise keemia õppetool
Töö nr 24
Töö pealkiri
ETAANHAPPE ANHÜDRIIDI HÜDRATATSIOONI KIIRUSE MÄÄRAMINE ELEKTRIJUHTIVUSE MEETODIL
Üliõpilase nimi ja eesnimi :
Õpperühm:
Töö teostamise
kuupäev:
12.02.14
Kontrollitud:
Arvestatud:
Tööülesanne
Lahjendatud vesilahuses kulgeva esimest järku reaktsiooni
(CH3CO)2O + H2O = CH3COOH
kiiruskonstandi määramine kahel erineval temperatuuril.
Reaktsiooni kineetikat uuritakse elektrijuhtivuse mõõtmise teel, mis lubab reaktsiooni pidevalt jälgida proove võtmata. Süsteemi elektrijuhtivus kasvab ajas oluliselt etaanhappe (äädikhappe) moodustumise tõttu.
Töökäik
Reguleerisime termostaadi õppejõu poolt antud temperatuurile (esimeses katses oli selleks 25 kraadi, teises katses 35 kraadi). Asetasime termostaati 100-ml kolvi destilleeritud veega. Avasime arvutist programmi „PicoLog“ ning tegime vastavad muudatused seadete alt katseandmete mõõtmiseks. Tegime uue faili katseandmete jaoks. Programm on valmis juhtivuse mõõtmiseks.
Mõõtsime 50-ml mahuga kolbi 6-ml etaanhappe anhüdriidi ja täitsime ülejäänud kolvi eelnevalt vastava temperatuurini soojendatud veega. Käivitasime stopperi . Fikseerisime lahustumise alguse ja lõpu.
Valasime juhtivusnõusse lahuse, nii et elektroodid olid 1cm ulatuses lahuse sees. Asetasime juhtivusnõu termostaati ning lülitasime sisse juhtivusmõõtja. Alustatakse juhtivuse registreerimist. Reaktsioon on lõppenud, kui juhtivus jääb konstantseks. Katseandmed esitatakse exceli tabeli kujul.
Valemid
Kuna uuritav reaktsioon on esimest järku, siis tehakse arvutused vastavalt võrrandile:
kus – reaktsiooni kiiruskonstant,
– etaanhappe anhüdriidi algkontsentratsioon
– etaanhappe anhüdriidi kontsentratsioon ajamomendil t reaktsiooni algusest
– ajamomendiks t ärareageerinud anhüdriidi kontsentratsioon
– aeg reaktsiooni algusest, min.
Kus – lahuse elektrijuhtivus reaktsiooni alghetkel
– elektrijuhtivus antud momendil t
- viimane mõõdetud elektrijuhtivus (juba konstantne)
Katsetulemused
Katse temperatuur 25 °C
Lahuse kontsentratsioon 0,12
Lahustumise lõpp 120 s = 2 min, reaktsiooni algus 60 s = 1 min. Stopperi näit juhtivuse mõõtmise alustamisel 4,35 min. Stopperi ja juhtivuse ajaline samm on 4,58-1,00=3,58 min
Arvutused
Aeg
Juhtivus
juhtivus
Jrk. nr.
Aeg katse algusest
Sekundid
V
μS
t+3,58min
k
0
0,647
3235
3,583333
940
6,84588
0,169289
5
0,648
3240
1
3,666667
935
6,840547
0,166896
10
0,65
3250
2
3,75
925
6,829794
0,166055
15
0,651
3255
3
3,833333
920
6,824374
0,163859
20
0,653
3265
4
3,916667
910
6,813445
0,163163
25
0,654
3270
5
4
905
6,807935
0,161141
30
0,655
3275
6
4,083333
900
6,802395
0,159209
35
0,656
3280
7
4,166667
895
6,796824
0,157362
40
0,658
3290
8
4,25
885
6,785588
0,156921
45
0,659
3295
9
4,333333
880
6,779922
0,15521
50
0,66
3300
10
4,416667
875
6,774224
0,153572
55
0,662
3310
11
4,5
865
6,76273
0,153282
60
0,663
3315
12
4,583333
860
6,756932
0,15176
120
0,679
3395
24
5,583333
780
6,659294
0,142067
180
0,695
3475
36
6,583333
700
6,55108
0,136925
240
0,709
3545
48
7,583333
630
6,44572
0,132762
300
0,722
3610
60
8,583333
565
6,336826
0,129981
1000
0,802
4010
200
20,25
165
5,105945
0,115879
1600
0,824
4120
320
30,25
55
4,007333
0,11389
2185
0,834
4170
437
40
5
1,609438
0,146077
keskmine: k=0,123687 min-1
2319,889μS
Siin tabelis on näha, et elektrijuhtivuse mõõtmise algul on ln(k∞ - kt) 7,5257, ning tõus on -0,1255.
Katsetulemused
Katse temperatuur 35 °C
Lahuse kontsentratsioon 0,12
Lahustumise lõpp 50 s = 0,83 min, reaktsiooni algus 25 s = 0,42 min. Stopperi näit juhtivuse mõõtmise alustamisel 1,37 min. Stopperi ja juhtivuse ajaline samm on 1,62- 0,42=1,2 min
Arvutused
Aeg
Juhtivus
Juhtivus
Aeg katse algusest t+1,2 min
Sekundid
V
μS
k
0
0,59
2950
1,2
1735
7,458763
0,270614
5
0,594
2970
1,283333
1715
7,447168
0,262077
10
0,6
3000
1,366667
1685
7,429521
0,259009
15
0,606
3030
1,45
1655
7,411556
0,256513
20
0,612
3060
1,533333
1625
7,393263
0,254502
25
0,619
3095
1,616667
1590
7,371489
0,254852
30
0,625
3125
1,7
1560
7,352441
0,253564
35
0,632
3160
1,783333
1525
7,32975
0,254439
40
0,638
3190
1,866667
1495
7,309881
0,253724
45
0,644
3220
1,95
1465
7,289611
0,253277
50
0,651
3255
2,033333
1430
7,26543
0,254789
55
0,657
3285
2,116667
1400
7,244228
0,254774
60
0,662
3310
2,2
1375
7,226209
0,253314
180
0,772
3860
4,2
825
6,715383
0,254313
240
0,808
4040
5,2
645
6,46925
0,25274
300
0,836
4180
6,2
505
6,224558
0,251442
900
0,926
4630
16,2
55
4,007333
0,233097
1405
0,936
4680
24,61667
5
1,609438
0,250808
keskmine: 0,243327 min-1
=2310,363μS
Siin tabelis on näha, et elektrijuhtivuse mõõtmise algul on ln(k∞ - kt) 7,7726, ning tõus on 0,2396
Keemilise reaktsiooni kiirus kasvab temperatuuri tõustes. Laias temperatuurivahemikus kirjeldab reaktsiooni kiiruse sõltuvust temperatuurist Arrheniuse võrrand:
, kus k- reaktsiooni kiiruskonstant, R – universaalne gaasikonstant , T – absoluutne temperatuur, E – reaktsiooni aktiveerimisenergia .
Reaktsiooni aktiveerimisenergia leidmiseks kahel temperatuuril määratud keskmistest kiiruskonstantidest kasutatakse järgmist võrrandit:
kus
k1 - temperatuuril T1 toimunud reaktsiooni kiiruskonstant, k2 – temperatuuril T2 toimunud reaktsiooni kiiruskonstant, E – aktiveerimisenergia, R – universaalne gaasikonstant.
Järeldus
Katsetulemustest saab järeldada, et mida kõrgem on temperatuur, seda suurem on elektrijuhtuvuse konstant etaanhappe anhüdriidi lahuses. Selgus ka see, et etaanhape on parem elektrijuht kui etaanhappe anhüdriid, sest mida rohkem oli anhüdriidi reageerinud, seda suuremaks muutus kiiruskonstant.