Работа №11. Изучение скорости реакции иодирования ацетона

СН₃СОСН₃ + I₂ → СН₃СОСН₂I + Н⁺ + I^-

В нейтральном разбавленном водном растворе реакция протекает очень медленно, но при добавлении катализатора (кислоты) процесс ускоряется и идет автокаталитически. Механизм реакции можно схематично описать последовательностью двух стадий:

обратимая реакция енолизации ацетона

взаимодействие енольной формы с йодом

Первая реакция протекает медленно, а вторая – быстро и практически до конца. Поэтому общая скорость процесса определяется наиболее медленной стадией (енолизацией ацетона), которая пропорциональна концентрации ионов водорода и не зависит от концентрации йода, т.е. частный порядок реакции по йоду равен нулю. Таким образом, иодирование ацетона протекает в соответствии с кинетическим уравнением автокаталитической реакции 2-го порядка, которое записывается в следующем виде:

– дифференциальная форма

– интегральная форма (2)

где с_0,ац - начальная концентрация ацетона; - начальная концентрация ионов водорода; с_х - концентрация ацетона, подвергшегося превращению за время t; t - время от начала реакции до данного измерения. Ход реакции контролируется по анализу проб, периодически отбираемых из реакционной смеси.

Последовательность выполнения работы. В 250-миллилитровую мерную колбу налить 25 мл 0,1 н. раствора I₂ в 4%-ном растворе KI, добавить заданное количество мл 1 н. НС1 и долить водой до объема ниже метки примерно на 30-35 мл. В другую колбу налить 25 мл раствора ацетона с концентрацией 1 моль/л. Обе колбы, а также третью – с дистиллированной водой – погрузить в термостат, настроенный на определённую температуру. Спустя 15-20 минут раствор ацетона влить в реакционную колбу, быстро довести до метки дистиллированной водой, выдержанной в термостате, тщательно взболтать и поместить обратно в термостат. Момент вливания ацетона отметить по часам. Первую пробу (25 мл) отобрать приблизительно через 10 минут от начала реакции.

Отобранную пробу влить в колбу для титрования, содержащую 25-30 мл 0,1 н. NaHCO₃ (количество определяется объёмом кислоты – ). Содержание йода определять титрованием 0,01 н. раствором гипосульфита натрия Na₂S₂O₃ в присутствии крахмала (добавляется только в конце титрования, когда окраска раствора становится бледно-жёлтой). Всего отобрать 6-7 проб через каждые 10 минут. Расход гипосульфита на каждую последующую пробу должен изменяться на 1-3 мл. Во время отбора проб колбу из термостата не вынимать. После каждого отбора пробы колбу с реакционной смесью закрывать пробкой во избежание улетучивания ацетона.

Результаты измерений записать в таблицу по образцу:

Температура опыта…………; количество 1н. HCl…………

Номер измерения	Время измерения (астроном.)	Время от начала реакции, мин	Кол-во 0.01 н. Na2S2O3, мл	с0,ац, моль/л	, моль/л	сх, моль/л	k
. .

Концентрацию прореагировавшего ацетона с_х можно определить по уравнению:

(3)

где V_t - количество 0,01 н. Na₂S₂O₃, израсходованное на титрование данной пробы, мл; V₀ - количество 0,01 н. Na₂S₂O₃, которое должно было быть израсходовано на титрование в момент начала реакции, мл; - нормальность раствора Na₂S₂O₃.

Значение V₀ практически определить не удается, так как от момента вливания ацетона до момента взятия первой пробы протекает значительное время. Так как порядок реакции по йоду равен нулю, для нахождения V₀ необходимо построить график в координатах V–t и экстраполяцией полученной прямой до t=0 определить V₀. Используя уравнение (2) и значения с_0,ац, , с_х (при расчётах учесть разбавление кислоты и ацетона) и t вычислить константу скорости k. После этого определить величину k_ср графически по тангенсу угла наклона прямой в координатах , константа скорости при этом будет равна .

Вычислить температурный коэффициент и энергию активации реакции (значение k при другой температуре взять из справочника) .