Experiment 8.3 Reactiekinetiek Ron Booy l2

Inleiding en theorie:Bij dit experiment wordt de reactiesnelheidsconstante van de verzeping van een ester (ethylacataat) bepaald. Dit wordt gedaan door aan een bekende hoeveelheid ester natronloog toe te voegen. Op deze manier wordt het ethylacataat gesplitst:

Reactie: CH3COOCH2CH3 + NaOH CH3COO-Na+ + CH3CH2OHHierbij is CH3COO-Na+

het zeep.De verzeping kan worden stopgezet door een bepaalde hoeveelheid zoutzuur toe te voegen.Door de overmaat zoutzuur terug te titreren met natronloog, kan de reactiesnelheidsconstante k1 worden bepaald.De reactie van de verzeping is een tweede orde reactie. Dit wil zeggen dat de reactiesnelheid evenredig is met de concentratie van twee stoffen ( in dit geval zijn dit [ester] en [OH-])S = k * [ester] * [OH-]

Stel op t = 0:[ester] = a mol/l[OH-] = b mol/l

Als op t = t x mol/l van de ester verzeept is, geldt:[ester] = ( a – x) mol/l[OH-] = ( b – x ) mol/l

Volgens de tweede orde snelheidswet geldt:dx/dt = k * (a-x)(b-x)

Door dit partieel te integreren is hieruit af te leiden dat :k * t = 2,303 * log b * (a-x) (a-b) a * (b-x)

Als we log b * (a-x) uitzetten tegen t krijgen we een rechte lijn. a * (b-x)

De reactiesnelheidsconstante k is dan als volgt te berekenen:

k = |2,303 / (a-b)| * helling grafiek

Titerstelling:Bij de titerstelling treedt de volgende reactie op:Hft- + OH- ft2- + H2ODe titer kan met de volgende formule worden uitgerekend:

T NaOH = m KHft (mg) * VPIPET / VMAATKOLF

204,224 * VNaOH (ml)

De formule voor de titer van HCl luidt:THCl = TNaOH * VNaOH (ml) 30 (ml)

Doel:Bepalen van de reactiesnelheidsconstante k bij de verzeping van ethylacetaat

Reagentia: Ethylacetaat 0,005 M; MAC-waarde 150 ppm, 550 mg / m3, damp is zwaarder dan lucht

met kans op ontsteking, ontleedt in water in azijnzuur en ethanol, tast vele kunststoffen aan, eventueel restant wegspoelen met water, opslag gescheiden van zuren en oxidatiemiddelen, licht ontvlambaar

NaOH 0,01 M en 0,005 M; MAC-waarde 2 mg / m3, corossief HCl 0,005 M; MAC-waarde 5 ppm, corossief KHft

Voorschrift: Maak 500 ml ethylacetaat 0,005 M (aanwezig is 99,5 %; dichtheid 0,902 gram/ml;

molmassa = 88,104 gram/mol) dus gebruik 0,25 ml (maatpipet) in 500 ml. Maak van een 0,1 M NaOH oplossing de volgende oplossing: 1000 ml 0,005 M NaOH ( 50 ml + 950 ml demi-water) Stel 0,005 M NaOH (en stel 0,01 M NaOH) Weeg 150 mg (300 mg) KHft af en los dit op in een 100 ml maatkolf en vul aan; pipetteer

hier 10 ml uit in een erlenmeyer en vul aan tot 50 ml Voeg 4 druppels fenolftaleïne toe en titreer totdat de roze kleur tenminste 30 seconden

blijft (ca. 15 ml; kleuromslag is kleurloos naar roze) Voer een triplo uit

Bepaling Pipetteer 200 ml (2 keer 100 ml pipetteren) esteroplossing en 200 ml 0,01 M NaOH in

afzonderlijke droge erlenmeyers (500 ml) Laat deze een half uur staan in een thermostaatbad van 20 °C (af en toe zwenken) Laat de reactie starten door de ester bij de NaOH te gieten. Druk op de stopwatch (t = 0) Schud de erlenmeyer goed om en giet de inhoud terug in de lege erlenmeyer en schud

nogmaals Pipetteer na 3, 9, 15, 35, 60 en 120 minuten 25 ml van het reactiemengsel Laat dit in een erlenmeyer lopen waar al 40,0 ml gestelde 0,005 M HCl in aanwezig is. De

reactie stopt nu. Lees de tijd af op de stopwatch als de pipet half leeg is. Vermijd inhomogeniteiten in de verkregen oplossing Titreer nu terug met de gestelde 0,005 M NaOH-oplossing met broomthymolblauw als

indicator en ook monopotentiometrisch ! Doe een duplo en een blanco (blanco = alleen ester en HCl)

Stellen van 0,005 M HCl: Pipetteer 30,0 ml 0,005 M HCl en titreer met de gestelde 0,005 M NaOH met

broomthymolblauw als indicator (pH = 7) (kleuromslag is van geel naar blauw) Bereken op elk tijdstip de hoeveelheid omgezette ester Bereken de reactiesnelheidsconstante als het gemiddelde van alle metingen

Werkindeling:

Maak de ester en de 0,01 M NaOH-oplossing Zet deze in het thermostaatbad Maak erlenmeyers klaar met 30,0 ml 0,005 M HCl Zet titratieopstelling klaar Doe de ester bij de NaOH Titreer de oplossingen met 0,005 M NaOH

- Doe tussendoor steeds titerstellingen

Uitvoering:

Eerst heb ik mijn oplossingen van HCL 0,005M en NaOH 0,005 M gemaakt en mijn ester. Daarna heb ik 200 ml ester en 200 ml 0,01M NaOH apart van elkaar in een thermostaatbad gezet. Ondertussen heb ik mijn glaswerk klaar gezet en in elke erlenmeyer 40 ml 0,005M HCl gedaan. Toen dat klaar washeb ik de ester en het NaOH bijelkaar gevoegd. Hiermee begint de verzeping.Ik heb de reactie na exact 3min30; 9min05; 15min02; 35min00; 60min01 en 126min00 stop gezet.Ik heb mijn titerstellingen gesteld

Titerstelling 0,005 M NaOH:

massa KHft (mg) V NaOH (ml) Titer (mol/l)149.4 14.35 0,00510150.3 14.46 0,00509147.2 14.16 0,00509

gemiddelde 0,00509 mol/literStandaarddeviatie 6*10-6

Titerstelling 0,005 M HCL

ml HCl ml NaOH Titer NaOH titer HCl30,0 30,42 0,00510 0,00531430,0 30,39 0,00509 0,00528830,0 30,40 0,00509 0,005293

Gemiddelde 0,005298 mol/literstandaarddeviatie 1*10-5

Uitwerking:

Berekening van x (concentraite gevormd CH3COO- in reactiemengsel)

t=0: OH - aanwezig in 25 ml mengsel (1)

t0: OH - niet gereageerd gevormd CH3COO - (2)

stop reactie: overmaat H3O + toegevoegd (3)

terug titreren: OH - nodig voor titratie tot 2 e ep (4)

Aantal mmol CH3COO- kan schematisch worden berekend door (zie ook bovenstaande figuur): x = (1) – ((3) – (4))

(1): mmol OH- = VNaOH * CNaOH * Vpip Vtotaal

(3): mmol H3O+ = VHCl * CHCl

(4): mmol OH- = VNaOH * CNaOH

Dit geeft voor 3min30:mmol H3O+ = 40 * 0,00529 = 0,2116mmol OH- = 15.41 * 0,005 = 0,07705mmol OH- = (200 * 0,01 * 25) / (400) = 0,125x = 0.125 – (0.2116-0.0770) = -0,0096 mmol /25ml = -4*10-4

Voor 9min05: -0.0077 mmol / 25 ml = -3*10-4

mmol H3O+ = 40 * 0,00529 = 0,2116mmol OH- = 15.78 * 0,005 = 0,0789mmol OH- = (200 * 0,01 * 25) / (400) = 0,125Voor 15min02: -0,0053 mmol / 25ml = -2*10-4

mmol H3O+ = 40 * 0,00529 = 0,2116mmol OH- = 16.26 * 0,005 = 0,0813mmol OH- = (200 * 0,01 * 25) / (400) = 0,125Voor 35min00:0,0008 mmol / 25 ml = 3*10-5 mmol H3O+ = 40 * 0,00529 = 0,2116mmol OH- = 17.47 * 0,005 = 0,0874mmol OH- = (200 * 0,01 * 25) / (400) = 0,125Voor 60min01:0.011 mmol / 25ml = 4*10-4

mmol H3O+ = 40 * 0,00529 = 0,2116mmol OH- = 19.52 * 0,005 = 0,0976mmol OH- = (200 * 0,01 * 25) / (400) = 0,125Voor 126min00:0.0235 mmol / 25ml = 9*10-4

mmol H3O+ = 40 * 0,00529 = 0,2116mmol OH- = 22.02 * 0,005 = 0,1101mmol OH- = (200 * 0,01 * 25) / (400) = 0,125

De reactie begint pas goed te werken na een dik half uur, daarvoor is er nog te weinig verzeping op treden dat er nog te veel OH- in de oplossing aanwezig is. En dat je de reactie met de hoeveelheid H3O+ niet kunt stoppen.

[ester]= a mol/l 0.0025 mmol/l [OH-]= b mol/l 0.0050 mmol/l

[ester]=(a-x) mol/l[OH-]=(b-x) mol/lformule:k*t= 2.303 * log b*(a-x) (a-b) a*(b-x)

t=sec x mol/l formule210 -4*10-4 0.031034545 -3*10-4 0.023912902 -2*10-4 0.0163902100 3*10-5 -0,0026293601 4*10-4 -0,0395097560 9*10-4 -0,107634

Y= -2*10-5x+0.0341

k=2.303/(a-b)* Rc k=2.303/0.0025*-0.00004=0.018k=0.018 l/(mol*s) 0.0032

Conclusie:Dit experiment is niet goed gelukt omdat de gevonden x waarden in het begin negatief waren, dus dat wil zeggen dat al het OH- niet op was gereageerd met de H3O+. Dit veroorzaakt de relatief lage k waarde van 0.018 l/(mol*s).

Bijlage 2 Vragen

1. Geef het reactiemechanisme voor de basische verzeping van de ester. Dit is een niet reversibele reactie, omdat het negatieve carboxylaat-ion niet makkelijk wordt aangevallen door een nucleofiel.

2. Wat is de dimensie van je gemeten k ?Snelheid wordt uitgedrukt in M/sDe dimensie van k is liter / (mol * seconde)

3. Wat bedoelt men met een orde van een reactie ?De orde van een reactie geeft aan van hoeveel “concentratiefactoren” de reactiesnelheid afhankelijk is.Een tweede orde reactie is een reactie waarvan de snelheid afhankelijk is van de concentraties van twee reactanten. Als de concentratie van een van de reactanten verdubbeld wordt, wordt ook de reactiesnelheid verdubbeld. Als de concentratie van beide reactanten verdubbeld wordt, wordt de reactiesnelheid vier keer zo groot.

4. Geef de reactiesnelheidsvergelijking voor de terugreactie, die in dit experiment werd verwaarloosd en ga na onder welke voorwaarden deze verwaarlozing is toegestaan.Terugreactie: CH3COO- + CH3CH2OH CH3COOCH2CH3 + OH-

s = k * [CH3COO-] * [HOCH2CH3]Deze reactie kan verwaarloosd worden als 99 % van de ester is omgezet.

5. Afleiding van de formule:Dx/Dt = k* (a-x)*(b-x)K*dt=

6. Bereken k als de resultaten van een uitgevoerd experiment b zijn: b = begin[ ] NaOH = 0,00980 M a = begin [ ] ester = 0,00486 M

t = (sec) X (mol/l) Log (b*(a-x))/(a*(b-x))

0 0 0178 0,00088 -0,04589273 0,00116 -0,06372531 0,00188 -0,11992866 0,00256 -0,193421520 0,00335 -0,325991918 0,00377 -0,438302401 0,00406 -0,55123

Deze gegevens leveren de volgende eerste graads vergelijking op:Y = 0,0001362 – 0,000226299 X(FGOF = 3798; FTABEL = 5,99)k = (2,303/(a-b) * helling grafiekk = (2,303/(0,00486 – 0,00980)* -0,000226299 = 0,105 l /(mol *s)

7. Geef de reactievergelijking voor de verzeping en het stoppen van de reactie en de terugtitratie. Verklaar waarom methylrood of fenolftaleïne (g)een geschikte indicator is.

Reactie verzeping: CH3COOCH2CH3 + NaOH- CH3COO-Na+ + HOCH2CH3

Reactie stop en terugtitratie: H3O+ + OH- 2 H2O

Verklaring indicator: zie aparte bijlage