1612729234-f204a36a1e721af405194e29352ad3c1 (827564), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

После окончания работы подпрограммы вернитесь в окно, где находится график. Для этого выберите в меню в верхней части экрана Window и Graph1. На графике появится таблица, в которой важны: величина k – искомая константа скорости первого порядка и величина A – конечное значение электропроводности. Если таблица не появилась – скопируйте найденное значение k в окне Results и перенесите его на график.

Сохраните свой Project. Щёлкните по кнопке File и выберите Save Project as. Пожалуйста, сохраняйте ваши данные в директории «Рабочий стол\data2013\фамилия преподавателя\имя файла».

Дальнейшая обработка данных

Найдите константу скорости интегральным методом. Для этого постройте анаморфозу, соответствующую кинетике первого порядка (график 1). В данном случае это график зависимости от t. Конечное значение электропроводности равно величине найденного выше параметра А. Определите k из графика по наклону получившейся прямой. Последовательность действий при использовании Origin при этом следующая.

Вернитесь в окно, где находится таблица данных, используя кнопку Window. Добавьте в Worksheet новую колонку. Для этого нажмите Сolumn > Add new columns. В этой колонке подготовьте данные для построения анаморфозы. Посмотрите, чему равна величина А, найденная при обработке графика 1. Пусть, например, А = 1,234. (Ваше значение A будет, конечно, другим.)

Щёлкните правой кнопкой по имени добавленной колонки «C», выберите Set Column Values, вместо подсказки col(B) – col(A) наберите ln(1.234/(1.234 – col(В))), нажмите Do it. Учтите, что в данном случае числа обычно пишут с десятичной точкой, но иногда – с десятичной запятой, в зависимости от настроек.

Постройте график зависимости от t. Для этого щёлкните по кнопке Plot и выберите Scatter. Сопоставьте колонкам «А» и «С» оси X и Y. Чтобы провести прямую методом МНК, нажмите Analysis > Fit linear. Измените надписи на осях, как делали раньше. Зависимость ln(C₀/C) от t, где С₀ и С – начальная и текущая концентрация трет-бутилхлорида, будет выглядеть точно так же. Найденное значение константы скорости вынесите на график.

Далее найдите константу скорости дифференциальным методом, используя уравнение (1.1). Для этого постройте вновь график зависимости  от t. Выберите последовательно Analysis > Calculus > Differentiate. Появится график производной но в зависимости от времени, а не от электропроводности. Чтобы построить нужную зависимость, следует вернуться в окно Worksheet. В этом окне появилась новая колонка «B» – это производная . Постройте зависимость указанной величины от . Для этого щёлкните по кнопке Plot и выберите Scatter. В появившемся окне Select Columns for Plotting сопоставьте колонке «В» символ X, колонке «B» – символ Y и нажмите OK. Появится требуемый график. Чтобы провести прямую методом МНК и найти k из её наклона, нажмите Analysis и Fit linear. Найденное значение константы скорости вынесите на график. Измените надписи на осях, как делали раньше. Сохраните свой Project.

Учтите, что в программе Origin есть возможность задать диапазон данных, по которым будет строиться линейная аппроксимация.

Отчёт о работе К-3 должен содержать:

– дату выполнения работы;

– значения константы скорости реакции, определённые тремя методами;

– С(EtOH) – значение начальной концентрации спирта в рабочем растворе;

– кинетическую кривую, т. е. график зависимости УЭП раствора от времени;

– графики, по которым определяли константу скорости реакции тремя методами;

– вывод о порядке реакции.

1.2.2. Работа К-4. Изучение кинетики реакции омыления этилацетата. (Кондуктометрия)

Используемые обозначения

a и b – начальные концентрации этилацетата и щёлочи в рабочих растворах.

– текущая концентрация

– глубина реакции.

– удельная электропроводность раствора (УЭП) до начала реакции.

– текущее значение УЭП раствора.

– УЭП раствора по окончании реакции, если этилацетат был взят в избытке, и щёлочь израсходовалась полностью.

– УЭП раствора по окончании реакции, если этилацетат был взят в недостатке, и щёлочь израсходовалась не полностью.

Реакция омыления этилацетата была одной из первых, изучавшихся кондуктометрическим методом. На этом примере ещё в 1907 г. Уокер показал возможности кондуктометрического метода в кинетике и его преимущества по сравнению с обычным методом титрования с отбором проб.

В водных растворах этилацетат омыляется щёлочью:

CH₃COOC₂H₅ + OH^–  CH₃COO^– + C₂H₅OH.

a–y b–y y y

Реакция имеет второй порядок:

Вводя глубину реакции y, получаем

После интегрирования имеем

(1.4)

Как видно из уравнения (1.4), для расчёта константы скорости нужно знать начальную концентрацию щёлочи b, начальную концентрацию этилацетата a и зависимость глубины реакции y от времени:

(1.5)

Начальная концентрация щёлочи b известна. Начальную концентрацию этилацетата a следует уточнить по результатам измерения электропроводности растворов.

В произвольный момент времени электропроводность  связана с концентрациями ионов, выраженными в моль/м³, и ионными электропроводностями _i следующим образом:

(1.6)

Величина – это вклад в электропроводность, определяемый ионами Na⁺, концентрация которых постоянна в ходе реакции.

Поскольку концентрация ацетат-ионов равна убыли концентрации щёлочи, формулу (1.6) можно переписать как

(1.7)

Начальная электропроводность раствора ⁰ равна

(1.8)

Если этилацетат взят в избытке, то по окончании реакции щёлочь израсходуется полностью и электропроводность раствора будет равна

(1.9)

Комбинируя соотношения (1.7)–(1.9), находим:

Отсюда, разделив эти два равенства одно на другое, получаем простую формулу для расчёта текущей концентрации щёлочи:

, или (1.10)

Если этилацетат взят в недостатке или начальные концентрации щёлочи и этилацетата равны, то формула (1.10) также применима для расчёта текущей концентрации щёлочи, однако для её использования необходимо в параллельном опыте измерить величину

При этом и измеряются в параллельных опытах при одинаковой начальной концентрации щёлочи, но при различной начальной концентрации этилацетата. Величина измеряется при недостатке этилацетата, а – при избытке (рис. 1.2).

Целью лабораторной работы является определение константы скорости реакции второго порядка.

Рис. 1.2. Зависимость УЭП реакционной смеси от времени при различной начальной концентрации этилацетата (a) и одинаковой начальной концентрации щёлочи (b): 1 – (a < b); 2 – (a = b); 3 – (a > b); 4 – (a >> b)

Экспериментальная часть

Необходимое оборудование и материалы

– мерные колбы на 50 мл с пробками – 3 шт.;

– автоматические микропипетки на 50 и 200 мкл;

– кондуктометр «Анион 4120» с выносным датчиком;

– измерительная ячейка;

– жидкостный термостат;

– компьютер;

– 0,02 N раствор NaOH с точно известной концентрацией;

– этилацетат.

Подготовка к началу измерений

Включите кондуктометр с помощью кнопки «вкл».

Перейдите в режим «блокнот». Переведите курсор в положение «сброс» и нажмите «ввод», тем самым «блокнот» очищается от старых записей.

Перейдите в режим «установка». Переведите курсор в правое нижнее положение. Убедитесь, что установлен интервал времени между измерениями 30 с. Попросите лаборанта проверить, что в настройках АТК задана температура 25 ^С.

Вернитесь в режим «измерение».

Убедитесь, что на индикаторе кондуктометра в правом верхнем углу индицируется буква «Р» (ручной режим, альтернатива «А» – автоматический режим). При выполнении измерений сопряжённый с кондуктометром компьютер может быть включён и с ним можно работать, но программу связи с кондуктометром Dcom открывать не следует.

Постоянная ячейки определена при изготовлении прибора и введена в его настройки. Однако в данной работе используется нестандартная ячейка. Поэтому для контроля необходимо измерить электропроводность стандартного раствора KCl 0,01 М и включить полученное значение в отчёт о работе. Можно сделать это в конце работы.

Подготовка термостата к работе

Установите необходимую температуру 25 ^С. Для этого нажмите кнопку «ввод». Кнопками «вправо», «влево» выберите разряд для редактирования. Кнопками «вверх», «вниз» измените цифру в выбранном разряде, затем нажмите «ввод».

Начало опыта

Заполните 3 мерных колбы на 50 мл раствором NaOH с известной концентрацией ( 0,02 М) из бутыли, закройте колбы пробками и поставьте их в термостат на 15 минут.

Через 15 минут извлеките из термостата колбу 1. При помощи микропипетки добавьте 200 мкл этилацетата. При наборе жидкости в носик пипетки медленно нажимайте поршень до первой остановки и медленно отпускайте. При выливании жидкости плавно нажимайте поршень до первой остановки и потом более резко – до упора. Тщательно перемешайте жидкость в колбе и оставьте в термостате на 2 часа. За это время щёлочь полностью израсходуется.

Характеристики

Список файлов лабораторной работы