Füüsikaline keemia labor 8 (1)

TTÜ Materjaliteaduse Instituut
Füüsikalise keemia õppetool
Töö nr. 8
ESTERDAMISE REAKTSIOONI TASAKAALUKONSTANDI MÄÄRAMINE
Üliõpliane:
Kood:
Töö teostatud:
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 , 4 50-ml mahuga lihvitud klaaskorgiga suletavat kolbi, kaaluklaas.
Reaktiivid . ~0,5 M NaOH lahus (täpne kontsentratsioon pudelil), ff indikaator , etüületanaat (etüülatsetaat), kontsentreeritud HCl, 100-% etaanhape (jää-äädikhape), absoluutne etanool .
Katse käik. Kahte 50-m1 mahuga klaaskorgiga suletavatesse täiesti kuiva kolbi pipeteeritakse esimene segu 5 ml 3 M HCl + 5 ml vett (ainult soolhape ja vesi, st "taustaained" kaheks paralleelkatseks)
Järgmisse kahte 50-m1 mahuga klaaskorgiga suletavatesse täiesti kuiva kolbi valmistada
segu: d) 5 ml 3 M HCl + 2 ml etüületanaati + 3 ml vett
Need kaks kolbi, milles on reageeriv segu, suletakse kiiresti ning jäetakse seisma vähemalt 48 tunniks (veel parem nädalaks), segu vahetevahel loksutades. Auramise vältimiseks on oluline, et lihvid oleksid tihedalt suletud. Kolbe pole vaja termostateerida, sest antud reaktsiooni tasakaalu mõjutab temperatuur vähe. Kolvid märgistatakse ja jäetakse eraldi riiulile seisma.
Iga reagendi hulk määratakse kaalumise teel. Selleks võtta ja kaaluda kuiv kaaluklaas. Pipeteerida sinna samapalju soolhapet kui on esimeses segus ja kaaluda täpsetel kaaludel. Pipett lastakse tühjaks voolata otse kaaluklaasi. Seejärel pipeteerida sinna (lisaks) samapalju vett kui oli võetud esimeseks katseks ja kaaluda uuesti. Järgmiseks pipeteeritakse sinna lisaks niipalju lahust kui oli võetud teiseks katseks (näiteks 4 ml etüületanaati). Kaalumist jätkatakse kuni kõik katsetes kasutatud reaktiivide ja vee kogused on kaalutud.
Kuna reaktsiooni tasakaal nihkub aeglaselt, on tasakaalukontsentratsioonid määratavad tiitrimise teel. Pärast seismist tiitrida iga kolvi sisu (otse kolbi) ~0,5 M NaOH lahusega (täpne kontsentratsioon fikseerida pudelilt) fenoolftaleiini juuresolekul. Esimene segu (soolhape ja vesi) tiitrida kohe praktikumi lõpus, reageeriv segu kõige varem 48 tunni möödudes, veel parem nädala pärast (järgmises praktikumis ).
Katseandmed esitatakse järgmiste tabelite kujul:
HCl + vesi kolvid
Reaktsioonilahuse kolvid
I
II
I
II
Lähtelahusesse pipeteeritud vee mass, g
4,972
4,972
2,963
2,963
5 m1 3n HCl lahuse mass, g
5,228
5,228
5,228
5,228
HCl-ga lahusess viidud vee hulk, g
4,690
4,690
4,690
4,690
Summaarne vee hulk lähte lahuses, g
mooli
9,662g
0,537
9,662
0,537
7,653
0,425
7,653
0,425
Etanooli lähtelahuses, g
mooli
—
—
­ —
—
Etüületanaati lähtelahuses, g
mooli
­­—
—
1,728
0,020
1,728
0,020
5 m1 3n HCl tiitrimiseks kulunud
0,5320n NaOH ml arv
0,5290n NaOH ml arv
27,5
28,0
27,75
27,75
Tasakaalusegu tiitrimiseks kulunud
0,5320n NaOH ml arv
0,5290n NaOH ml arv
27,75
27,75
56,5
56,6
Tasakaalusegus etaanhappe tiitrimiseks kulunud NaOH ml arv
—
—
28,75
28,85
Tasakaalusegus etaanhappega reageerinud NaOH moolide arv
—
—
0,0152
0,0153
Etaanhapet tasakaalusegus mooli
—
—
0,0152
0,0152
Reaktsioonilahuse koostis:
Aine
Mooli lähtelahuses
Reageerib ära
Tekib
Tasakaalus moole
Etaanhape
/segu g/
—
0,0152
0,0152
Etanool
/segu e/
—
0,0152
0,0152
Etüületanaat
0,020
0,0152
—
0,0048
Vesi
0,425
0,0152
—
0,4098
Tasakaalukonstant K´x= 8,51
Arvutused
1)Vee mass:
V2=(28+27,5)/2=27,75 ml
V1 CM1 = V2 CM2 => CM1=(27,75*0,5320)/5=2,9526 M
CM = n/V => n=5*2,9526=14,763 mmol=0,014763 mol
m = n · M(HCl) => m=36,46*0,014763=0,5383g (HCl)
Vesi: m=5,228-0,5383=4,6897 g (HCl lahuses olev vesi)
Kokku: a) m=9,6617g n=9,6617/18=0,5368mol b)m=7,6527g n=0,4252mol
2)Etüületanaati lähtelahuses, mooli : n==1,728g/88,1gmol-1=0,020 mol
3)Tasakaalusegus etaanhappe tiitrimiseks kulunud NaOH ml ja moolide arv:
V=56,5-27,75=28,75 ml / V=56,6-27,75=28,85 ml
Etüületanaati ja H2O reageerib ära:
Iga reaktsioonil tekkinud etaanhappe mooli kohta tekib 1 mool etanooli ja kaob 1 mool vett ning 1 mool etüületanaati
n=0,02875 dm3*0,5290M =0,0152mol / n=0,02885 dm3*0,5290M =0,0153mol
4)Etüületanaat ja H2O tasakaalusegu
Etüületanaat: 0,020- 0,0152=0,0048 mol
Vesi: 0,425- 0,0152=0,4098 mol
5)Tasakaalukonstant.
K’x=(0,0048* 0,4098)/ 0,01522=8,51
Järeldus:
Katsest järeldus, et reakstsiooni tasakaalukonstant on 8,51.