Bài số 9 PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN ESTE Mục đích Xác định hằng số tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt động hoá của phản ứng thuỷ phân etyl axetat bằng dung dịch kiềm.. Bằng cách chuẩn độ lượng
Trang 1
Giáo trình thực tập hóa lý
NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007
Tr 42 – 44.
Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục
vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả
Bài số 9 Phản ứng thủy phân ESTE
PGS TS Vũ Ngọc Ban
Trang 2Bài số 9
PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN ESTE
Mục đích
Xác định hằng số tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt động hoá của phản ứng thuỷ phân etyl axetat bằng dung dịch kiềm
Lí thuyết
Phản ứng thuỷ phân etyl axetat xảy ra theo phương trình:
CH3COOC2H5 + NaOH ⎯→ CH3COONa + C2H5OH (1) Đây là phản ứng bậc hai, tốc độ của phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ este và kiềm:
dt
dC
và hằng số tốc độ phản ứng:
k =
) C (C
t
2,303
o e
o
k − lg C (C C )
) C (C C
x
o e
o k
x
o k
o e
−
−
(3)
e
C và o
k
C là nồng độ ban đầu của este và kiềm
Cx là nồng độ của este và kiềm đã tham gia phản ứng sau thời gian t
Ce = o
e
C − Cx và Ck = o
k
C − Cx là nồng độ este và kiềm ở thời điểm t
Bằng cách chuẩn độ lượng NaOH còn lại trong phản ứng ở từng thời điểm khác nhau có thể tính được Cx, từ đó xác định được k
Tiến hành thí nghiệm
Lấy hai bình cầu đáy bằng dung tích 500 ml có nút đậy kín (tốt nhất là nút nhám) Dùng bình định mức lấy 250 ml dung dịch este etyl axetat 1
60 N cho vào một bình và 250 ml dung
40N vào bình kia (lượng NaOH dùng dư để đảm bảo phản ứng thuỷ phân xảy ra hoàn toàn)
Đậy kín hai bình để tránh este bay đi và CO2 tan vào dung dịch NaOH
Ngâm cả hai bình vào máy điều nhiệt ở 30oC Sau 10 ÷ 15 phút thì bắt đầu đổ nhanh bình đựng dung dịch NaOH vào bình đựng este, đậy nút, lắc đều hỗn hợp, ghi thời gian xem như
đó là lúc bắt đầu phản ứng Đồng thời dùng pipet lấy nhanh 40 ml hỗn hợp cho vào một bình
Trang 3nón cỡ 250 ml đã có sẵn 25 ml dung dịch HCl 1
40N Vì lượng HCl 1
40N dư so với NaOH có trong 40 ml mẫu thử nên sẽ trung hoà hết kiềm và kìm hãm phản ứng lại Bằng cách chuẩn độ
40N với chất chỉ thị phenolphtalein) có thể biết được lượng HCl đã tiêu tốn để trung hoà NaOH và do đó tính được lượng NaOH có trong 40 ml mẫu thử Dữ kiện thu được ứng với thời điểm t = 0
Sau 5, 10, 20, 30, 40, 50 phút kể từ lúc bắt đầu phản ứng, lại lấy ra 40 ml hỗn hợp phản ứng cho vào bình nón có sẵn 25 ml dung dịch HCl 1
40N và lại chuẩn độ lượng HCl dư bằng NaOH như đã nêu trên
Sau khi lấy mẫu thử cuối cùng (ở phút thứ 50), lắp vào bình phản ứng một sinh hàn hồi lưu, rồi đun trong nồi cách thuỷ lên tới 70oC và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng nửa giờ Để nguội hỗn hợp phản ứng đến 30oC và tiến hành lấy mẫu và chuẩn độ NaOH còn lại như đã làm ở trên Vì ở 70oC phản ứng xảy ra rất nhanh, do đó sau 30 phút giữ hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ này rồi để nguội đến 30oC, phản ứng xem như đã kết thúc và dữ kiện thu được ứng với t = ∞
Để xác định năng lượng hoạt hoá của phản ứng cần lặp lại một thí nghiệm tương tự như trên nhưng bình phản ứng được đặt trong máy điều nhiệt ở 40oC và mẫu thử được lấy ra ở những thời điểm 3, 5, 10, 15, 20, 30 phút sau lúc bắt đầu phản ứng Dữ kiện ứng với thời điểm
t = 0 và t = ∞ có thể sử dụng kết quả ở phần trên
Cần chú ý trong suốt thời gian thí nghiệm không được nhấc bình ra khỏi máy điều nhiệt
Tính toán kết quả
40N dùng để chuẩn độ axit dư trong bình nón là n mililit thì lượng
40N đã tiêu tốn để trung hoà NaOH hay lượng NaOH 1
40N có trong 40 ml mẫu thử nt sẽ bằng:
nt = 25 − n
Gọi no, nt, n∞ là lượng NaOH 1
40N có trong 40 ml mẫu thử ở các thời điểm tương ứng t =
0, t = t và t = ∞ thì nồng độ ban đầu của kiềm o
k
C sẽ tỉ lệ với no; nồng độ ban đầu của este o
e
C
no − n∞ (vì ta xem phản ứng đã kết thúc và lượng NaOH lấy dư so với este) và nồng độ este đã
bị thuỷ phân sau thời gian t là Cx tỉ lệ với no − nt, nghĩa là:
o k
C = const.no
o e
C = const.(no − n∞)
Cx = const.(no − nt)
Trang 4ở đây “const” là hệ số tỉ lệ biểu thị sự liên hệ giữa nồng độ đương lượng của dung dịch với số mililit dung dịch và được tính như sau:
Vì no là số mililit NaOH 1
40N có trong 40 ml mẫu thử ở t = 0 nên đương lượng NaOH có trong 40 ml đó là:
no
1000
1
40
1
và nồng độ đương lượng của NaOH trong mẫu thử sẽ là:
1600
1 1000
40 : 1000
1 40
1
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
1600
Thay các giá trị o
k
C , o e
C , Cx ở trên vào các phương trình (3) thu được:
2,303
lg
∞
−
Ghi các kết quả thực nghiệm và tính toán theo bảng mẫu sau:
Nhiệt
độ ( o C)
Thời gian lấy mẫu thử
kể từ t = 0
Lượng NaOH dùng chuẩn độ HCl dư, n
Lượng NaOH có trong 40 ml mẫu thử
n t = 25 − n
Hằng số tốc độ phản ứng
k
Đối với từng nhiệt độ phải xác định giá trị hằng số tốc độ trung bình:
k =
n
k
k
Năng lượng hoạt động hoá của phản ứng E tính theo phương trình:
2 1 T1
T2
T
1 T
1 4,575
E k
k
ở đây: T1 = 30 + 273 = 303 K
T2 = 40 + 273 = 313 K