1

Задание
Таблица 1 – Исходные данные
Изучается реакция A+Y ? B+Z в растворителе. Свойства и характер измерительных приборов позволяет изучать кинетику, измеряя концентрацию ключевого вещества, при интервале концентраций веществ:
А= 1,0 до 2,0 моль/л;
Y= 0,2 до 1,0 моль/л;
Z= 0,0 до 0,4 моль/л.
Кинетические опыты можно проводить в указанном интервале температур. Стандартная ошибка при определении концентраций +/-0,0006 моль/л.
Задание: построить кинетическую модель реакции.
2

Гипотеза о схеме превращений [1]
Вещество А: I–CH2–COOH–йодуксусная кислота.
Галогенпроизводные соединения являются эффективными реагентами в реакциях нуклеофильного замещения
Вещество Y: LiCl – хлорид лития.
Представляется в качестве реагирующего вещества (нуклеофила).
Предположим, что основная реакция идет следующим образом:
ICH2COOH + LiCl → ClCH2C(O)OH + LiI
A Y B Z
Побочная реакция с водой :
ICH2COOH + H2O → HOCH2COOH + HI
3
1. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия: Учебник для вузов.//Под ред. Стадничука М.Д. – 5-е изд., перераб. и доп. – СПб., 2002. – 624 с., илл.

Таблица 2 – Физические свойства веществ [2]
4
[2] Никольский Б.П. Справочник химика. – Л.: Химия, 1971. – 1168 с

Таблица 2 – Физические свойства веществ [2]
5
[2] Никольский Б.П. Справочник химика. – Л.: Химия, 1971. – 1168 с

Гипотеза о механизме реакции
[3] Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии / П. Сайкс; под ред. В.Ф. Травеня. – 4-е изд., пер. с англ. – М.: Химия, 1991. – 448 с.
[3]
6
Предположительным механизмом реакции является бимолекулярное нуклеофильное замещение SN2. Вначале предполагается образование нуклеофильной частицы в результате диссоциации соли:
LiCl→Li+ + Cl-
Далее ион хлора атакует атом углерода, имеющий частичный положительный заряд, со стороны противоположной атому йода, то есть с «тыла»:

7
План кинетического эксперимента

Первичные кинетические кривые
Базовый опыт и проверка воспроизводимости
8

Проверка влияния концентрации вещества А
9

Проверка влияния концентрации вещества Y
10

Проверка вклада обратной реакции
11

Влияние температуры
12

Данные для проверки адекватности
13

В результате анализа первичных кинетических кривых приходим к выводу,
что кинетическое уравнение данной реакции имеет вид: r = k*CA*СY
Из материального баланса получаем: СA= СA0 - СZ + СZ0
СY= СY0 - СZ + СZ0
Рассчитываем константы скорости реакции для всех опытов:
Таблица 1 – Константы скорости реакции для различных опытов
14

Из уравнения Аррениуса:
При 40 ºС k1 = 0,0815 л/(моль∙мин);
При 30 ºС k7 = 0,0244 л/(моль∙мин);
При 50 ºС k8 = 0,2590 л/(моль∙мин);
При 60 ºС k9 = 0,7315 л/(моль∙мин).
На графике ln А = 0.75
А = е 0.75 = 2.12
tgα = -20.25
Е = - tgα∙R = 168.35 Дж/моль
Таблица 2 – Данные для построения графика
Тогда уравнение скорости примет вид:
15

Оценим дисперсию воспроизводимости.
По трем параллельным опытам (1, 2 и 3) при τ = 5 мин получим следующие данные.
Таблица 3 – Данные для оценки дисперсии воспроизводимости
По полученному значению дисперсии воспроизводимости 0,0114 видно, что опыты воспроизводимы т.к. отклонение не превышает принятого уровня значимости – 0,05.
16
Тогда дисперсия воспроизводимости будет равна:

Проверка адекватности
Sрасч =151,85
Sэксп = 154,62
17

Таблица 4 – Расчетные данные для оценки дисперсии адекватности
18

Выбор метода анализа [4]
В растворе присутствуют катионы лития от обеих солей, поэтому раздельное количественное определение их по катиону невозможно. Анион йода, при совместном присутствии аниона хлора, наиболее быстро, надёжно и относительно дёшево можно определить осадительным титрованием, а, в частности, аргентометрией.
Но для повышения точности анализа вследствие замены недостаточно точных визуальных индикаторов на показания, которые фиксирует прибор, наилучшим методом определения в данном случае будет потенциометрическое осадительное титрование.
При диссоциации ключевого компонента образуется два иона:
LiI⟷Li++I-
Т.е. возможно количественное определение ключевого компонента по одному из этих ионов. При этом следует учесть тот факт, что компонент Y реакции, тоже диссоциирует:
LiCl⟷Li++Cl-
19
4. Крешков, А.П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Количественный анализ/ А.П. Крешков. – К.2, 3-е изд., пераб. – М.: Химия, 1970. – 456с.

Объём аликвотной части составляет 90 мл, он не должен превышать 10% от общего объёма, имеем, что 90 мл / 0,1 = 900 мл.
Объём реакционной массы составляет 900 мл.
Сделаем расчёт для опыта 1. Т.е. Vр.м. = 900 мл, СA,0 = 1,5 моль/л, СY,0 = 0,6 моль/л, СZ,0 = 0,0 моль/л, t = 45 ºC, растворитель – вода.
Йодуксусная кислота при комнатной температуре является кристаллическим хорошо растворимым веществом, поэтому приготовление его раствора заключается в растворении его в растворителе.
mA = CA∙Vр.м.∙MA= 1,5∙0,9∙185,95 = 251,03г;
Хлорид лития при комнатной температуре является кристаллическим хорошо растворимым веществом, поэтому приготовление его раствора заключается в растворении его в растворителе.
mY = CY∙Vр.м.∙MY= 0,6∙0,9∙42,4 =22,9 г;
20

Таблица 5 – Загрузки реагентов
Загрузки для опытов
21

Подбор реактора
Схема экспериментальной установки.
1 – стеклянный трёхгорлый реактор с рубашкой; 2 – ртутный термометр с контактами (РТК); 3 – штатив; 4 – стеклянная мешалка; 5 – электропривод мешалки; 6 – пипетка для отбора аликвот; 7 – трубки силиконовые; 8 – ультратермостат.
22