Labor 2 (1)

1. Töö eesmärk
Etüülatsetaadi hüdrolüüsireaktsiooni kiiruskonstandi temperatuurisõltuvuse katseline määramine
2. Teoreetilised alused
Keemilise reaktsiooni kiiruskonstandi sõltuvust temperatuurist kirjeldab Arrheniuse võrrand
kc=Aexp(-), (1)
kus A - koefitsient,
EA - aktivatsioomenergia,
R - universaalne gaasikonstant,
T - temperatuur, K.
Gaaside kineetilise teooria põhjal on teada, et
kc ~ T1/2 Aexp(-) (2)
ning statistilise mehaanika järgi
kc ~ TAexp(-) (3)
Piiratud temperatuurivahemiku korral võib lugeda võrrandit (1) piisavalt täpseks, kuna sõltiivus astmefunktsioonist on suurem kui temperatuurist T või T1/2.
Selleks, et määrata koefitsiente võrrandis (1), on otstarbekas esitada võrrand järgmisel lineaarsel kujul
lnkc = - (4)
kus T0, on uuritava vahemiku keskmine temperatuur,
kc0=Aexp(-), (5)
Sellisel juhul leitakse graafiliselt lnkc° ning - väärtused (võrrand (4)); koefitsiendi A väärtus arvutatakse kasutades võrrandit (5).
Võrrandi (1) koefitsientide korrektseks määramiseks on soovitav kasutada regressioonanalüüsi.
3. Katsemetoodika
On teada, et etüülatsetaadi hüdrolüüs KOH lahuses on 2. järku reaktsioon
CH3COOC2H5 + KOH → CH2COOK + C2H5OH.
Reaktsiooni kiiruskonstandi temperatuuri sõltuvuse määramiseks viime reaktsioon läbi erinevatel temperatuuridel (19,5;24,5;30°C).
Rektsioon viiakse läbi vedeliktermostaadis U2. Valmistatakse 2,5 liitrit 0.0208 N etüülatsetaadi lahust, valatakse see termostaati ning soojendatakse etteantud temperatuurini. Seejärel lisame kontsentreeritud KOH lahust 200 ml. Reaktsiooni kiiruste määramiseks võtame 5 minuti järel reaktsioonisegust proovid, milles määrame vaba KOH kontsentratsioon tiitrides proovi 0,1 N HCl lahusega.
Teist järku reaktsiooni kineetikavõrrand on järgmine:
-kccAcB (6).
4. Töö ülesanne
4.1. Viia läbi etüülatsetaadi hüdrolüüsi katsed erinevatel temperatuuridel.
4.2. Esitada graafiliselt sõltuvus cA = f (τ).
4.3. Määrata katseandmete põhjal kiiruskoefitsientide väärtused erinevatel temperatuuridel, tulemused esitada graafikuna kc=f(T).
4.4. Määrata koefitsiendid võrrandisse (1).
4.5. Saadud sõltuvust käsutada töös nr 4. kiiruse võrrandi järgi sõltuvuse co3 = f (τ) arvutamine, ning arvutustulemuste võrdlemine katsetulemustega.
5. Katseandmed
C0KOH = (0,425*0,2)/(2,5+0,2)= 0,031 n EA-etüülatsetaat
C0EA = (0,416/20*2,5)/(2,5+0,2)=0,0193 n
Vproov =10ml
n(HCl)=0,1N
T = 19,5˚C = 292,5 K
Aeg t, s
VHCl, ml
CKOH, n
CEA, n
90
2,7
0,027
0,0153
300
2,2
0,022
0,0103
600
1,9
0,019
0,0073
900
1,7
0,017
0,0053
1200
1,5
0,015
0,0033
1500
1,4
0,014
0,0023
T = 24,5˚C = 297,5 K
Aeg t, s
VHCl, ml
CKOH, n
CEA, n
90
2,6
0,026
0,0143
300
2,0
0,02
0,0083
600
1,8
0,018
0,0063
900
1,6
0,016
0,0043
1200
1,4
0,014
0,0023
1500
1,3
0,013
0,0013
T = 29˚C = 302 K
Aeg t, s
VHCl, ml
CKOH, n
CEA, n
90
2,5
0,025
0,0133
300
1,9
0,019
0,0073
600
1,7
0,017
0,0053
900
1,5
0,015
0,0033
1200
1,3
0,013
0,0013
1500
1,25
0,0125
0,0008
6. Arvutused
6.1 KOH ja etüülatsetaadi kontsentratsioonide leidmine
CKOH ja CEA leidsime kasutades valemit ja katseandmeid:
CKOH*VKOH= CHCl* VHCl
CKOH ,
kus CHCl = 0,1n
VKOH = 10ml
VHCl –i võtame katseandmetest
Näiteks esimese rea jaoks kui t=90sek:
C1KOH
n
CEA= C0EA-( C0KOH - CKOH )
Näiteks esimese rea jaoks kui t=90sek:
CEA= 0,0193-( 0,031 – 0,027)=0,0153 n
6.2 Sõltuvuse cA = f (τ) graafiline esitamine
6.3 Kiiruskonstandi kc leidmine erinevatel temperatuuridel
Teist järku reaktsiooni kineetikavõrrand on järgmine:
-kccAcB , kus
kc -- reaktsiooni kiiruskonstant ,
cA,cB -- reagentide konts.-d ajahetkel t,
t – aeg.
Antud töös võib reaktsiooni kiiruskonstandi väärtust leida kasutades kineetikavõrrandi integraalkuju
Avaldame kc meie reaktsiooni jaoks:
, kus
-- C0KOH
-- C0EA
-- CKOH, ajahetkel t
-- CEA, ajahetkel t
Kanname arvutatud kc –d tabelisse:
T = 19,5˚C = 292,5 K T = 24,5˚C = 297,5 K T = 29˚C = 302 K
Kc, s-1
Kc, s-1
Kc, s-1
0,089366
0,117716
0,149316
0,081201
0,115554
0,137516
0,068758
0,082043
0,098522
0,065681
0,079781
0,098789
0,074092
0,094891
0,13025
0,075913
0,1042
0,129629
Keskmine: Keskmine: Keskmine:
0,075835 0,099031 0,124004
Tulemused esitame graafikuna kc=f(T)
T, K
Kc
292,5
0,075835
297,5
0,099031
302
0,124004
6.4 Arrheniuse võrrandi konstantide leidmine
Selleks, et määrata koefitsiente võrrandis (1), on otstarbekas esitada võrrand järgmisel lineaarsel kujul
lnkc = -
kus T0, on uuritava vahemiku keskmine temperatuur,
T0 = (292,5+297,5+302)/3 = 297,3 K
Sellisel juhul leiame graafiliselt lnkc° ning - väärtused;
Koostame tabeli:
T, K
kc
1/T-1/T0
LN(kc)
292,5
0,075835
5,5198E-05
-2,5791954
297,5
0,099031
-2,2612E-06
-2,3123223
302
0,124004
-5,2348E-05
-2,0874415
Sirge võrrand on:
ln(kc) = -4574,3*(1/T-1/To) – 2,3254
ning kuna
lnkc = -
Sirgevõrrandi vabaliige on
=-2,3254
leiame kc0=0,098
Sirge tõusnurga tangens on -=-4574,3
Leiame otsitavad konstandid:
R=8,314 J/(K*mol)
EA=4574,3*8,314=38030,7 J/(K*mol)
Aktivatsiooni energia EA=38030,7 J/(K*mol)
Koefitsiendi A väärtus arvutatame kasutades võrrandit
kc0=Aexp(-),
kus A - koefitsient,
EA - aktivatsioomenergia,
R - universaalne gaasikonstant,
T - temperatuur, K
Arrheniuse võrrandi koefitsient A=55.8*104
Arrheniuse võrrand:
kc=55.8*104*exp(-4574,3/T)
7. Järeldused
Antud töös, tegime kindlaks, et etüülatsetaadi hüdrolüüsi (KOH lahuses) kiiruskonstandi sõltuvust temperatuurist kirjeldab järgmise kujuga Arrheniuse võrrand:
kc=55.8*104*exp(-4574,3/T)
Arrheniuse võrrandi abil saadud kc-de ja katse tulemusena saadud kc-de võrdlemine:
T, K
kc
katsetest
l/(mol*s)
kc Arrheniuse võrrandist
l/(mol*s)
292,5
0.07756
0.09020
297,5
0.10674
0.11731
303
0.13116
0.15508
Väikesed erinevused Arrheniuse võrrandist saadud kc-de ja katsetulemustest saadud kc-de vahel võivad olla tingitud arvutuste käigus tehtavatest ümmardamistest.
Arvutuste tulemustest võib järeldada, et kiiruskonstandi kc väärtus kasvab koos temperatuuri tõusuga.