 |
Методика проведения эксперимента
|
|
|
|
В качестве объекта исследования предлагается реакция этерификации уксусной кислоты этиловым или изопропиловым спиртом.
А В С Д
Эта реакция при комнатной температуре протекает медленно. Поэтому её проводят при 70 – 900 в присутствии соляной кислоты в качестве катализатора. В этих условиях она заканчивается в течение 2 – 3 ч. Каталитическое действие соляной кислоты состоит в том, что она активирует молекулу карбоновой кислоты. Уксусная кислота протонируется по атому кислорода карбонильной группы (атом кислорода имеет неподеленную пару электронов, за счет которой присоединяется протон). Протонирование приводит к превращению частичного положительного заряда на атоме углерода карбоксильной группы в полный, к увеличению его электрофильности. Резонансные структуры (в квадратных скобках) показывают делокализацию положительного заряда в образовавшемся катионе. Молекула спирта за счет своей неподеленной пары электронов присоединяется к активированной молекуле кислоты. Протон от остатка спирта перемещается к гидроксильной группе, которая при этом превращается в “хорошо уходящую” группу Н2О. После этого отщепляется молекула воды с одновременным выбросом протона (возврат катализатора)
Чтобы низкокипящие вещества, участвующие в реакции, не улетучивались при нагревании, реакцию проводят в реакторе, снабжённым обратным холодильником. Теплота реакции образования этилацетата очень мала, и поэтому константа равновесия этой реакции, как это следует из уравнения Вант – Гоффа и, как было показано рядом экспериментальных исследований, практически не зависит от температуры. За изменением состава смеси следят по изменению в ней суммарной концентрации кислоты в течение реакции. Изучение равновесия реакции осуществляется измерением скоростей прямой реакции. За изменением концентрации реагирующих веществ следят до тех пор, пока не наступит равновесие.
|
|
|
Этерефикация уксусной кислоты этиловым
Или изопропиловым спиртом
Принимая во внимание, что равновесная степень превращения уксусной кислоты А равна Х, то при достижении конечной цели, т.е. образования уксуснопропилового или уксусноэтилового эфира и в итоге установления равновесного состояния на 0,5 моль введённой в реакцию уксусной кислоты равновесная смесь будет содержать:
(0,5-Х) моль CH3COOH (A),
(0,5-X) моль C2H5OH (B),
Х моль – C2H5OOC-CH3 (Д),
X моль – H2O (С).
Всего в равновесной смеси будет 1 моль реагентов. Мольные доли реагирующих веществ в равновесном состоянии будут равны
Na = 0,5(1- X*),
Nв = 0,5(1- X*),
NД = X*, NС = X*.
Тогда константа равновесия проводимой реакции этерификации уксусной кислоты этиловым или изопропиловым спиртом будет равна
При определении равновесной степени превращения Х* в ходе работы экспериментально определяет как функцию от времени Х= f(t), т.е. равновесие в системе наступит тогда, когда степень превращения уксусной кислоты не будет определяться во времени Х= f(t).
τ,мин
Рис. 3.1 Изменение степени превращения уксусной кислоты во времени
Для проведения эксперимента используют трёхгорлый реактор, снабженный термометром, обратным холодильником, мешалкой и обогревающим приспособлением. В реактор помещают 0,5 моль ледяной уксусной и 0,01 моль концентрированной соляной кислоты и нагревают в течение 10 минут в термостате или водяной бане с термопарой. За это время отдельно термостатируют до заданной температуры этиловый (изопропиловый) спирт. После истечения 10 минут, спирт помещают в реактор и включают мешалку и сразу отбирают 1мл реакционной массы и переносят в колбу с холодной водой и титруют 0,5 н. NaOH в присутствии фенолфталеина. Последующие пробы берут через каждые 10 минут и также титруют. Процесс считается завершенной, когда на титрование двух последних проб взятых из реактора, пойдет одинаковое количество щелочи, т.е. система становится равновесной. Результаты исследований заносят в таблицу 3.1.
|
|
|
|
|
|
