Năng lượng hoạt hóa thủy phân etyl axetat trong naoh

Nội dung Text: Bài 6: KHẢO SÁT VẬN TỐC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ESTER XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG

1. Bài 6 KHẢO SÁT VẬN TỐC PHẢN ỨNG THỦY PHÂN ESTER XÁC ĐỊNH NĂNG LƯỢNG HOẠT HÓA CỦA PHẢN ỨNG ------ I. MỤC ĐÍCH  Khảo sát vận tốc phản ứng thủy phân ester acetat etyl, có acid vô cơ làm xúc tác ở hai nhiệt độ khác nhau, từ đó xác định năng hoạt hóa Ea của phản ứng. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  Việc xác định năng lượng hoạt hóa Ea của phản ứng dựa vào phương trình Arrhenius:  Hệ thức (1) giúp xác định năng lượng hoạt hóa Ea và trị số k* khi đo một chuỗi giá trị k ứng với các nhiệt độ T khác nhau và biểu diến theo với hệ số góc là và tung độ góc là .  Thông thường những phản ứng có cơ chế giống nhau, thực hiện trong điều kiện thì nghiệm như nhau, có trị số Ea gần bằng nhau  Khi xác định được năng lượng hoạt hóa Ea, ta có thể xác định k2 ở nhiệt độ T2 nếu biết k1 ở nhiệt độ T1. Từ hệ thức (1) suy ra:  Phản ứng thủy phân ester acetat etyl: CH3COOC2H5 hay công thức tổng quát: RCOOR/ RCOOR/ + H2O RCOOH + R/OH Ester Nước Acid hữu cơ Ancol  Đối với dung dịch loãng và lượng nước dư nên phản ứng thủy phân xảy ra rất chậm nhưng cũng hoàn toàn. Nếu thực hiện trong môi trường H+ thì phản ứng xảy ra rất nhanh.  Vì sản phẩm có acid nên tự xúc tác phản ứng và làm phức tạp thêm quá trình. Tuy nhiên, nếu nồng độ của acid vô cơ xúc tác ban đầu cao thì sự tăng nồng độ H+ do acid hữu cơ tạo ra không đáng kể.  Trong giai đoạn đầu của phản ứng, nồng độ của CH3COOH và C2H5OH hiện diện rất ít nên phản ứng nghịch không đáng kể. Phương trình động học có dạng sau (phản ứng bậc 1 theo ester và bậc 0 theo nước):
2. Với (a – x) là nồng độ của ester acetat etyl tại thời điểm t a là nồng độ ban đầu của ester acetat etyl  Thay vì theo dõi nồng độ của ester acetat etyl trong phản ứng thì người ta theo dõi lượng acid hữu cơ CH3COOH sinh ra tại từng thời điểm cách nhau 10 phút. Với là thể tích dung dịch NaOH dùng để chuẩn độ 10 mL mẫu khi phản ứng kết thúc là thể tích dung dịch NaOH dùng để chuẩn độ 10 mL mẫu tại thời điểm t là thể tích dung dịch NaOH dùng để chuẩn độ 10 mL mẫu khi phản ứng bắt đầu  Vẽ đường biểu diễn theo t có dạng đường thẳng với hệ số góc là và tung độ góc là . Từ đó, suy ra hằng số vận tốc phản ứng k1 ở nhiệt độ T1. III.THÍ NGHIỆM(có thể làm đồng thời ở nhiệt độ 30 oC và 40 oC): 1. Thực hiện thí nghiệm ở 30 oC:  Bật máy điều nhiệt và chọn (set) nhiệt độ 30 oC.  Lấy pipet 5 mL hút 5 mL ester acetate ethyl cho vào bình địng mức 100 mL và dùng ống đong 100 mL lấy 100 mL dung dịch HCl 0.2 N cho vào becher 250 mL rồi đặt bình định mức và becher vào bể điều nhiệt.  Để khoảng 20 phút (cho dung dịch trong bình định mức và cả becher đều có nhiệt là 30 oC) lấy becher chứa dung dịch HCl 0.2 N cho từ từ vào bình định mức chứa ethyl acetate sao cho đến vạch định mức và lắc đều hỗn hợp dung dịch. Ghi nhận nhận thời điểm bắt đầu đổ vào – thời điểm bắt đầu ester bị thủy phân là to.  Sau đó 5 phút, dùng pipet 10 mL hút 10 mL dung dịch trong bình định mức cho vào erlen chứa sẵn 50 mL nước cất đã ngâm lạnh (đảm bảo sự thủy phân của ester ngừng lại). Dung dịch trong erlen không màu. Ghi nhận thời điểm phút.  Tiến hành định phân HCl bằng NaOH 0.1 N với chất chỉ thị phenolphthalein đến khi dung dịch trong erlen chuyển sang màu hồng nhạt bền trong 30 giây thì kết quá trình chuẩn độ. Ghi nhận giá trị thể tích dung dịch NaOH 0.1 N đã dùng là V1 ứng với thời điểm t1.  Cứ 10 phút lặp lại sự định phân trên và ghi nhận giá trị thể tích dung dịch NaOH 0.1 N đã dùng là V2 → 6 ứng với các thời điểm t2 → 6.  Ta có: là thể tích dung dịch NaOH 0.1 N cần định phân HCl trong 10 mL hỗn hợp ở thời điểm t, không đổi. • là thể tích dung dịch NaOH 0.1 N cần định phân CH3COOH trong 10 mL mẫu hỗn hợp ở thời điểm phản ứng hoàn toàn. • Suy ra:  Bảng số liệu của quá trình định phân HCl bằng dung dịch NaON 0.1 N: Vt (mL) V (mL) V – Vt (mL)
3. V1 = 17.9 52.066 V2 = 18.9 51.066 V3 = 19.4 50.566 69.966 V4 = 19.9 50.066 V5 = 21.2 48.766 V6 = 22 47.966  Từ bảng số liệu, ta vẽ được đồ thị biểu diễn ln(V∝ – Vt) theo thời gian t (phút):  Từ đồ thị, ta ngoại suy tìm được: 2. Thực hiện thí nghiệm ở 40 oC:  Làm đồng thời với thí nghiệm ở 30 oC:  Bật máy điều nhiệt và chọn (set) nhiệt độ 40 oC.  Lấy pipet 5 mL hút 5 mL ester acetate ethyl cho vào bình địng mức 100 mL và dùng ống đong 100 mL lấy 100 mL dung dịch HCl 0.2 N cho vào becher 250 mL rồi đặt bình định mức và becher vào bể điều nhiệt.  Để khoảng 25 phút (cho dung dịch trong bình định mức và cả becher đều có nhiệt là 40 oC) lấy becher chứa dung dịch HCl 0.2 N cho từ từ vào bình định mức chứa ethyl acetate sao cho đến vạch định mức và lắc đều hỗn hợp dung dịch. Ghi nhận nhận thời điểm bắt đầu đổ vào – thời điểm bắt đầu ester bị thủy phân là to.  Sau đó 5 phút, dùng pipet 10 mL hút 10 mL dung dịch trong bình định mức cho vào erlen chứa sẵn 50 mL nước cất đã ngâm lạnh (đảm bảo sự thủy phân của ester ngừng lại). Dung dịch trong erlen không màu. Ghi nhận thời điểm phút.  Tiến hành định phân HCl bằng NaOH 0.1 N với chất chỉ thị phenolphthalein đến khi dung dịch trong erlen chuyển sang màu hồng nhạtbền trong 30 giây thì kết quá trình chuẩn độ. Ghi nhận giá trị thể tích dung dịch NaOH 0.1 N đã dùng là V1 ứng với thời điểm t1.  Cứ 10 phút lặp lại sự định phân trên và ghi nhận giá trị thể tích dung dịch NaOH 0.1 N đã dùng là V2 → 6 ứng với các thời điểm t2 → 6.  Bảng số liệu của quá trình định phân HCl bằng dung dịch NaON 0.1 N: Vt (mL) V (mL) V – Vt (mL) V1 =17.8 52.166 V2 =19.4 50.566 V3 =21.1 48.866 69.966 V4 =22.2 47.766 V5 =24.7 45.266 V6 =25.5 44.466  Từ bảng số liệu, ta vẽ được đồ thị biểu diễn ln(V∝ – Vt) theo thời gian t (phút):
4.  Từ đồ thị, ta ngoại suy tìm được:  Từ hai giá trị của hằng số vận tốc ở 30 oC và 40 oC, ta xác định được năng lượng hoạt hóa Ea theo công thức: 