Робота 2.2. Дослідження реакції нейтралізації твердої кислоти розчином лугу.

Мета роботи:визначити константу швидкості та порядок реакції нейтралізації бензойної кислоти водним розчином КОН та обчислити товщину дифузійного шару.

Внаслідок розчинення твердої бензойної кислоти у водному розчині КОН перебігає реакція нейтралізації (2.8). Швидкість цього процесу залежить від швидкості підведення лугу до поверхні поділу твердої та рідкої фаз, тобто від швидкості дифузії.

В склянку ємністю 500 см3 кладуть якір магнітної мішалки і наливають мірним циліндром 300 см3 розчину КОН з концентрацією 0,1 моль/дм3. Склянку з розчином ставлять на столик магнітної мішалки і встановлюють певну швидкість перемішування розчину. Режим перемішування може бути незмінним або першу частину експерименту проводять з однією швидкістю перемішування (3 – 4 заміри), а другу – з іншою (3 – 4 заміри).

Скляну паличку з циліндром бензойної кислоти, розміри якого попередньо вимірюють, закріплюють у штативі над поверхнею розчину по центру склянки. Після цього занурюють циліндр у розчин і одночасно вмикають секундомір. Через певні проміжки часу (бажано кожні 8 хвилин впродовж 40 хвилин) відбирають піпеткою по 10 см3 розчину та титрують його за наявності фенолфталеїну розчином соляної кислоти, що має концентрацію 0,05 моль/ дм3.

Для розрахунків константи швидкості реакції нейтралізації за формулою (2.11) необхідно знати або початкову концентрацію розчину KOH ( ), або пропорційний цій концентраціїоб’єм HCl ( ), який витрачається на титрування лугу. Для цього вихідний розчин КОН двічі – тричі титрують 0,05 – молярним розчином НСl за наявності фенолфталеїну до зникнення малинового забарвлення, відбираючи 10 см3 проби.

Константу швидкості гетерогенного процесу нейтралізації розраховують за формулою:

, (2.15)

де – об’єм розчину HCl, який витрачено на титрування відібраної в певний момент часу проби. Дані досліду та обчислень записують у табл. 2.2 (див. звіт).

Якщо дослід виконується за двох режимів перемішування, то для початкової швидкості перемішування константу швидкості обчислюють за формулою (2.15), а для наступної – за формулою:

, (2.16)

де – різниця між часом відбору проб та часом зміни режиму перемішування; – останній перед зміною швидкості перемішування об’єм HCl, що витратився на титрування реакційної суміші.

Використовуючи експериментальні ( ) та довідникові ( ) дані, розраховують товщину дифузійного шару (два значення за різних режимів перемішування).

Звіт

1. Розміри циліндра бензойної кислоти:

висота см; діаметр см; площа поверхні см2.

2. Результати титрування вихідного розчину КОН:

см3, см3, см3.

3. Результати кінетичних досліджень:

а) побудова графіка залежності ;

б) обчислення за формулами (2.15, 2.16) для табл. 2.2.

Таблиця 2.2. Дані для визначенняконстанти швидкості реакції
нейтралізації твердої бензойної кислоти водним розчином КОН та порядку цього процесу

Час від початку досліду , хв. , см3 , , хв.-1
     
     
     
…      

хв.-1

хв.-1

4. Побудова на основі даних табл. 2.2 графіка та визначення за ним констант швидкості реакції за різних режимів перемішування:

хв.-1; хв.-1

5. Розрахунок товщини дифузійного шару за різних режимів перемішування:

см; см.

6. Кінетичні рівняння процесу:

7. Висновок.

ЛІТЕРАТУРА: [1, с. 531 – 532; 2, с. 384 – 393; 3, с. 341 – 343; 5, с. 225 – 233; 6, с. 276 – 277, 285 – 287; 7, с. 117; 8, с. 48].