Część teoretyczna

Proces hydrolizy octanu etylu w środowisku kwaśnym przebiega według następującej reakcji:

H⁺

CH₃COOC₂H₅ + H₂O CH₃COOH + C₂H₅OH

Reakcja ta, zachodząca w środowisku wodnym, katalizowana przez jony wodorowe, jest reakcją pierwszego rzędu. O jej rzędowości decyduje wyłącznie stężenie estru, ponieważ można przyjąć, że stężenie wody nie ulega zmianie, gdyż jest ona w nadmiarze do ilości drugiego substratu.

Szybkość omawianej reakcji określa równanie:

dx/dt =k(a-x)

Gdzie:

a - stężenie początkowe estru

x - stężenie produktu tj. kwasu octowego w danej chwili t

k -stała szybkości reakcji

Przekształcając i całkując ostateczne równanie w granicach czasu od 0 i t i w granicach stężeń od 0 do x znajdujemy następujące wyrażenie na stała szybkości reakcji:

k=1/t ln (a/(a-x))

Obliczanie stałej k wymaga znajomości stężenia początkowego estru a i stężenia estru w danej chwili ( a - x). Kinetykę omawianej reakcji, katalizowanej przez jony wodorowe pochodzące z kwasu solnego, wygodnie jest badać poprzez oznaczenie stężenia produktu. Łączną zawartość kwasu solnego i powstającego kwasu octowego można znaleźć poprzez miareczkowanie roztworu zasadą sodową. Zgodnie z podstawową zależnością analizy miareczkowej ilość kwasu jest proporcjonalna do ilości zasady sodowej potrzebnej do całkowitego zobojętnienia roztworu

(C_HCl + x) = V_t (C_z / V_r)

Gdzie:

C_HCl - stężenie kwasu solnego

x - stężenie powstającego kwasu octowego

C_z stężenie zasady sodowej użytej do miareczkowania

V_r objętość roztworu pobranego do miareczkowania

V_t objętość zasady sodowej potrzebna do zobojętnienia kwasów zawartych w roztworze w danej chwili

W warunkach doświadczenia, stosunek stężenia zasady sodowej i objętości roztworu pobranego do miareczkowania jest wielkością stałą. Łączną zawartość kwasu octowego i kwasu solnego wyraża równanie:

(C_HCl + x) = A V_t

Jeżeli przez V₀ oznaczymy objętość zasady sodowej, która zobojętnia stała ilość kwasu solnego, co odpowiada pomiarowi w chwili t = 0, a przez V_∞ - objętość zasady sodowej potrzebną do zobojętnienia mieszaniny kwasów zawartej w roztworze po zakończeniu procesu hydrolizy octanu etylu, tj. dla t =∞, to prawdziwe są zależności:

C_HCl = AV₀

(6)

(C_HCl + a) = AV_∞

(7)

Zatem, stężenie początkowe estru a można obliczyć stosując równanie:

a = A(V_∞ - V₀)

(8)

Zaś stężenie estru w dowolnej chwili określa wzór:

(a-x) = A (V_∞ - V_t)

(9)

Po podstawieniu wyrażeń (8) i (9) do równania (3) otrzymujemy zależność między stałą szybkości hydrolizy octanu etylu k a uzyskanymi wartościami objętości zasady sodowej V₀, V_t, V_∞

(10)

Część obliczeniowa

1.Obliczam stałe szybkości reakcji hydrolizy estru w środowisku HCl o stężeniu:

a) c = 0,5 mol/dm³

Dla V₁

[ s^-1 ]

Dla V₂

[ s^-1 ]

[ s^-1 ]

[ s^-1 ]

b) c = 1,5 mol/dm³

Dla V₁

[ s^-1 ]

Dla V₂

[ s^-1 ]

[ s^-1 ]

Kwas solny c = 0,5 mol/dm³

czas [min]	czas [s]	Vt	ln	kobl [s^-1]	kśr [s^-1]	kgraf [s^-1]		knum
0	0	10,5	0	0
10	600	11,5	0,1268	0,000211
27	1620	11,8	0,1681	0,000104
41	2460	12	0,1967	0,000080	9,98*10^-5	5,43*10^-5		7,10*10^-5
56	3360	12,2	0,2261	0,000067
71	4260	12,7	0,3037	0,000071
86	5160	12,9	0,3365	0,000065
niesk.		18,9	0

Kwas solny C =1,5 mol dm³

czas [min]	czas [s]		Vt	ln	kobl [s^-1]		kśr [s^-1]	kgraf [s^-1]	knum
0	0		31,5	0	0
10	600		33,4	0,1915	0,000319
25	1500		34,1	0,2725	0,000182
40	2400		34,3	0,2969	0,000124		1,593*10^-4	1,16*10^-4	1,16*10^-4
55	3300		34,7	0,3475	0,000105
70	4200		35,6	0,4718	0,000112
85	5100		36,3	0,5805	0,000114
niesk		42,4		0	0

Wnioski

Stała szybkości reakcji w środowisku kwasu solnego o C=0,5 mol/l jest mniejsza niż stała szybkości w środowisku kwasu o C=1,5 mol/l . Wynika z tego, że im większe stężenie kwasu czyli stężenie jonów wodorowych tym większa stała szybkości reakcji. Reakcja opisana w tym doświadczeniu przebiega szybciej im jest większe stężenie kwasu. Jony wodorowe są katalizatorem i powodują wzrost szybkości tej reakcji.

---