Реакция иодирования ацетона
В
качестве объекта исследования в данной работе выбрана реакция иодирования ацетона. Реакция
СНзСОСНз + I2 = СНзСОСH2I + HI (15)
катализируется кислотами Бренстеда(донорами протонов). Эта реакция катализируется сильной минеральной кислотой.
Как видно из уравнения, один из продуктов реакции - иодоводородная кислота (катализатор). Поэтому концентрация катализатора в ходе опыта возрастает. Такие процессы называются автокаталитическими.
Можно выделить две стадии реакции. На первой происходит таутомерное превращение кетона в енол, катализатор - ионы оксония:
СНзСОСНз—> СНзС(ОН)=СН2; К1 (16)
Затем (вторая стадия ) енол реагирует с иодом:
СНзС(ОН)=СН2 + I2 = CH3COCH2I + HI; К2 (17)
Вторая стадия очень быстрая, а первая - скорость лимитирующая. Поэтому скорость реакции равна скорости енолизации ацетона:
dc/dτ = К1СасH O (18)
где Са - концентрация ацетона;
С H3O+ - концентрация ионов оксония (ионов водорода). От концентрации иода скорость реакции не зависит. Обозначим через а и b - числа моль ацетона и оксоний-ионов в начальный
момент времени в колбе объемом V; х - количество прореагировавших ацетона и иода,
равное количеству вновь образовавшихся оксоний-ионов.
Тогда:
Са = (a-x)/V; С H3O+ = (
b+x)/V.
(l 9)
Подставляя (19) в (18), находим:
dx/dτ = (K1/V)(a-x)(b+x).
После интегрирования этого
уравнения в пределах от х=0 до х и от τ=0 до х, разрешения относительно K1 получим выражение:
K1 = V/(a+b)
τ*In a(b+x)/(a-x)b,
(20)
в котором числа моль а и b - заданы
условиями приготовления рабочей смеси, а х в зависимости от τ определяют путем титрования иода тиосульфатом натрия.
Если перейти к концентрациям веществ, участвующих в реакции, то уравнение (20) приобретет вид:
(21)
где С°а - начальная концентрация ацетона, моль-экв/л;
С H3O+ - начальная концентрация ионов оксония (ионов водорода), моль-экв/л;
Сх - количество прореагировавшего ацетона за время
реакции т, моль-экв/л;
τ - время протекания реакции.
По уравнениям (20) и (21) можно рассчитать константу скорости реакции, используя данные о концентрации веществ, участвующих в реакции.