48

10.  ZALEśNOŚĆ STAŁEJ SZYBKOŚCI REAKCJI OD  TEMPERATURY 

 
WSTĘP 
 
Szybkość reakcji drugiego rzędu: 
 
A + B 

→

 C 

(10.1) 

 

 

zaleŜy od stęŜenia substratów A oraz B 
 
v = k’[A][B] 

(10.2) 

 
Gdy  jeden  z  reagentów  jest  w  duŜym  nadmiarze  (np.  A),  jego  stęŜenie  w  czasie 
reakcji  praktycznie  się  nie  zmienia,  czyli  [A]  =  const.,  moŜna  więc  włączyć 
wartość [A] do stałej szybkości: 
 
v = k[B]             gdzie            k = k’[A] 

(10.3) 

 
Reakcje  tego  typu  nazywa  się  reakcjami  pseudopierwszorzędowymi, 
posiadającymi rozwiązanie takie jak reakcje pierwszorzędowe: 
 

ln

[B]

[B]

o

= ⋅

k t  

(10.4) 

 
gdzie [B]

o

 oznacza początkowe stęŜenie substratu B. 

 
Reakcją  omawianego  typu  jest  reakcja  chlorku    kwasowego  z  alkoholem,  gdy 
alkohol metylowy jest w nadmiarze w stosunku do chlorku benzoilu:  
 
RCOCl + ROH 

→

 RCOOR + HCl 

(10.5) 

 
Przebieg  tego  typu  reakcji  moŜna  wygodnie  śledzić  przez  pomiar  przewodnictwa 
elektrycznego  G

el

  (lub  oporu  R)    roztworu  w  czasie  trwania  procesu,  które  jest  z 

dobrym  przybliŜeniem  proporcjonalne  do  ilości    ładunków,  czyli  równieŜ  do 
stęŜenia HCl: 
 
G

el

 = 

α

 [HCl] 

(10.6) 

 
StęŜenie substratu, [B] = [RCOCl], równe jest w danej chwili trwania procesu:  
 
[B] = [HCl]

∞

 - [HCl] 

(10.7) 

 
gdzie  [HCl]

∞

    oznacza  stęŜenie  HCl  w  chwili, gdy cała ilość chlorku kwasowego 

przereaguje, czyli po zakończeniu reakcji.  
 
Równania (10.6) oraz (10.7) prowadzą do zaleŜności: 
 
[B] = 

α

(G

∞

 - G) 

(10.8) 

 
 
 
 

 

49

Wobec tego  równanie kinetyczne (11.4) przyjmuje postać: 
 

ln

G

G

G

k t

∞

∞

−

= ⋅

 

 

(10.9) 

 
Gdy  zmiany  przewodnictwa  zapisywane  są  na  rejestratorze  xy  lub  za  pomocą 
danych  cyfrowych  na  wyjściu  przetwornika  analogowo-cyfrowego  (miernik 
Metex, podłączony do PC), zaleŜność przewodnictwa od czasu przedstawia się jak 
na rysunku 10.1. 
 

czas [s]

p

rz

ew

o

d

n

ic

tw

o

 

Rys. 10.1  ZaleŜność przewodnictwa roztworu od czasu podczas trwania metanolizy chlorku benzoilu 

 
Ze  względu  na  proporcjonalność  zmian  wysokości  h  na  krzywej  do 
przewodnictwa, równanie (10.9) przyjmuje postać: 
 

ln

h

h

h

k t

∞

∞

−

= ⋅

 

(10.10) 

 
Stała szybkości reakcji k, zaleŜy od temperatury zgodnie z równaniem Arrhenius’a: 
 

k z e

E

RT

#

= ⋅

−

 

(10.11) 

 
gdzie E

#   

oznacza energię aktywacji. 

 
Równanie to moŜna napisać w postaci: 
 

lnk = a - 

b

T

 

(10.12) 

 
gdzie: 
 

b

E

R

#

=

 

(10.13) 

 

 

50

CEL ĆWICZENIA 
 
Celem ćwiczenia jest opisanie zaleŜność stałej szybkości reakcji chlorku benzoilu 
z metanolem od temperatury. 
 
APARATURA 
 
 Komputer PC, drukarka. 
 Miernik Metex. 
 Konduktometr (np OH-102/1). 
 Ultratermostat (np. U-1.) 
 Mieszadło bezsilnikowe i mieszadełko magnetyczne (dipol). 
 Termometr elektroniczny. 
 Elektrody miedziane. 
 Pipeta automatyczna. 
 Penseta. 
 
SZKŁO 
 
Naczynie reakcyjne termostatowane. 
Zlewki 50 ml, 100 ml. 
Strzykawka (10 ml) z igłą. 
 
ODCZYNNIKI 
 
Metanol. 
Roztwór chlorku benzoilu (C

6

H

5

COCl) w benzenie 

5 mol dm

-3

.

 

 
WYKONANIE ĆWICZENIA 
 

1. Pomiary wykonać dla temperatur bliskich  25, 30, 35, 40, 45 oC. 
   (Konduktometr OH 102/1 powinien pracować w pozycji „Range” 50 mS.) 

2. Kolejność wykonywanych czynności: 

- nastawić termometr kontaktowy na potrzebną temperaturę,  
-  przy  pomocy  strzykawki  z  igłą  wlać  do  naczyńka  reakcyjnego  10  cm

3

 

metanolu i włączyć mieszanie (50 obr/min.), 

- po ustaleniu się temperatury w naczyńku reakcyjnym przystąpić do rejestracji 

wyników  pomiarów  (opis  działania  programu  rejestrującego  wyjaśni 
prowadzący ćwiczenie), 

- pobrać za pomocą pipety automatycznej 0,2 cm

3

 5 mol dm

-3

 roztworu chlorku 

benzoilu w benzenie i wprowadzić do naczyńka reakcyjnego, 

- zarejestrować krzywą zaleŜności przewodnictwa od czasu, 
-  przygotować  układ  do  przeprowadzenia  reakcji  w  kolejnej  temperaturze, 

tzn. 

przemyć naczyńko, elektrody i termometr metanolem, 

- opisać uzyskane krzywe. 

 
 
UWAGA ! 

-  nie  wylewać  roztworu  do  zlewu  lecz  do  odpowiedniego  pojemnika  na 

odpady, 

- przed wylaniem roztworu naleŜy pincetą wyjąć mieszadełko (dipol), 
 

 
 
 
 

 

51

OPRACOWANIE WYNIKÓW 
 
1. Uzyskane wyniki zaleŜności przewodnictwa od czasu dołączyć do ćwiczenia. 
2. Wykreślić krzywe zaleŜności przewodnictwa od czasu trwania. Wyznaczyć z    
     krzywych 

G = f (t)  wartość  h  oraz  t  dla  kilku  stałych  punktów.  Obliczyć 

wartość  
     stałych szybkości reakcji, k. 
4. Wyznaczyć  w  oparciu  o  równanie  Arrhenius’a  współczynniki  opisujące 

zaleŜność temperaturową stałej szybkości reakcji. 

5. Sporządzić wykres zaleŜności logarytmu stałej szybkości reakcji od odwrotności 

temperatury.