Лабораторная работа №3 Определение термодинамического равновесия в гомогенной системе

Цель работы: ознакомиться с основными свойствами обратимых реакций и химического равновесия в жидкой фазе на примере реакции

CH₃COOH + C₂H₅OH ↔ CH₃COOC₂H₅ + H₂O

Данная реакция при комнатной температуре протекает медленно. Поэтому ее проводят при 70…80 °С в присутствии HCI в качестве катализатора в течении 4…3 часов. Чтобы низкокипящие вещества улетучивались при нагревании, реакцию проводят в колбах, снабженных обратными холодильниками. Теплота образования этилацетата очень мала, поэтому константа равновесия этой реакции, как это следует из уравнения Вант-Гоффа практически не зависит от температуры. За изменением состава смеси следят по изменению в ней концентрации кислоты в течении реакции. Изучение равновесия реакции осуществляется измерением скоростей прямой и обратной реакции при различных исходных концентрациях CH₃COOH (для прямой реакции) и CH₃COOC₂H₅ (для обратной). За измерением концентрации реагирующих веществ следят до тех пор пока не наступит равновесие.

Порядок выполнения лабораторной работы.

1. Взять 4 сухих колбы емкостью 50 см³ и присоединить к ним обратные холодильники, укрепленные в штативах.

2. Пронумеровать колбы и в каждую налить из бюретки:

• в 1-ю: 15 см³ 4 н. раствора уксусной кислоты, 5 см³ 0,5 н. раствора HCI, 5 см³ этилового спирта;

• во 2-ю: 15 см³ 2 н. раствора уксусной кислоты, 5 см³ 0,5 н. раствора HCI, 5 см³ этилового спирта;

• в 3-ю: 15 см³ дистиллированной воды, 5 см³ 0,5 н. раствора HCI, 5 см³ этилацетата.

• в 4-ю: 12 см³ дистиллированной воды, 5 см³ 0,5 н. раствора HCI, 3 см³ этилацетата.

3. Соединить каждую колбу с холодильником и пустить в него воду. Поместить колбу на водяную баню с температурой 70…80 ºС. Интервал помещения колб 10…15 минут. Нагревать колбы в течение 2 часов.

4. Определить точную концентрацию соляной и уксусной кислот, используемых для составления смеси. Для этого взять 1 см³ уксусной кислоты и отдельно 5 см³ HCI и титровать 0,5 н р-ром NaOH в присутствии фенолфталеина.

5. После 2 часов нагревания взять из колбы первую пробу. Колбу с холодильником вынуть из водяной бани и поместить в ледяную воду, для того чтобы понизить давление паров смеси и избежать потери вещества и изменения состава смеси при отборе пробы. После охлаждения смеси отсоединить холодильник. Пипеткой отобрать 1 см³ смеси для анализа. Взятую пробу вылить в колбу Эрленмейера, в которую предварительно налить 50 см³ ледяной дистиллированной воды (ледяная вода должна приостановить реакцию и фиксировать момент, к которому относится измерение скорости).

Затем присоединить холодильник к колбе, поместить ее обратно в водяную баню. Во взятой пробе определить концентрацию кислоты титрованием 0,5 н. раствором NaOH в присутствии фенолфталеина.

6. Через 30 минут после отбора первой пробы взять повторную пробу и оттитровать ее. Пробы брать через каждые 30 минут пока результаты титрования последних двух проб не совпадут между собой в пределах 0,1…0,2 см³ 0,5 н. раствора NaOH. Это момент наступления равновесия и окончание опыта с данной смесью.

7. Анализ смеси в остальных колбах провести аналогично (пункты 5 и 6).

8. Расчет константы равновесия проводится исходя из количества взятых веществ и концентрации кислоты в равновесной смеси.