Робота 2.2. Дослідження кінетики реакції нейтралізації між твердою кислотою та розчином лугу.

Мета роботи:визначити порядок та природу лімітуючої стадії реакції нейтралізації твердої бензойної кислоти водним розчином КОН, 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 – 400 см³ розчину КОН з концентрацією
0,1 моль/дм³. Склянку з розчином ставлять на столик магнітної мішалки і встановлюють певну повільну швидкість перемішування.

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. Кожні 5 хвилин відбирають піпеткою 10 см³ розчину та титрують його за наявності фенолфталеїну розчином HCl, що має концентрацію 0,05 моль/дм³. Одразу після четвертого відбору проби збільшують швидкість обертів якоря мішалки і виконують ще чотири титрування через такі самі проміжки часу.

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).

Оскільки 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 на одному графіку залежностей

та і визначення за ними 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].