Уравнение этерификации уксусной кислоты и этилового спирта

Спасибо! Ваша заявка отправлена, преподаватель свяжется с вами в ближайшее время.

Вы можете также связаться с преподавателем напрямую:

8(906)72 3-11-5 2

Скопируйте эту ссылку, чтобы разместить результат запроса » » на другом сайте.

Изображение вещества/реакции можно сохранить или скопировать, кликнув по нему правой кнопкой мыши.

Если вы считаете, что результат запроса » » содержит ошибку, нажмите на кнопку «Отправить».

Этим вы поможете сделать сайт лучше.

К сожалению, регистрация на сайте пока недоступна.

На сайте есть сноски двух типов:

Подсказки — помогают вспомнить определения терминов или поясняют информацию, которая может быть сложна для начинающего.

Дополнительная информация — такие сноски содержат примечания или уточнения, выходящие за рамки базовой школьной химии, нужны для углубленного изучения.

Здесь вы можете выбрать параметры отображения органических соединений.

РЕАКЦИЯ ЭТЕРИФИКАЦИИ

При смешении в эквивалентных отношениях спирта и уксусной кислоты начинается немедлено их взаимодействие с образова­нием сложного эфира с выделением воды:

СН3С 00H+R0H^CH3C00R+H20 (152)

Известно, что если сложный эфир смешать с водой, то также немедленно начнется реакция омыления:

CH3COOR+H2O^CH3COOH + ROH. (153)

Следовательно, полученный по реакции (152) эфир и вода по мере их образования начнут давать обратно спирт и кислоту. Та­ким образом, общее течение реакции представляется в виде двух протекающих в противоположном направлении процессов. По­этому реакцию этерификации и омыления принято выражать од­ним уравнением:

CH3COOH-f ROH ^ CHsCOOR+Н,0 + 117 кал (154)

Скорость реакции этерификации по закону действующих масс будет максимальной в первые моменты после смешения спирта и кислоты. По мере образования эфира концентрация кислоты и спирта в смеси будет падать и, следовательно, будет падать ско­рость реакции этерификации.

Скорость обратной реакции — омыления в первый момент рав­на нулю, но затем, по мере повышения концентрации эфира в смеси, будет увеличиваться. В момент, когда количество эфира, образующегося из кислоты и спирта, будет равно количеству эфира, распадающегося на спирт и кислоту, т. е. когда в состав реакционной смеси войдут все компоненты — спирт, кислота, эфир и вода, наступит химическое равновесие.

По закону действующих масс константа равновесия К образо­вания сложного эфира выражается уравнением:

Где Сэф, СБ, Ск и Ссп означают соответственно концентрации эфира, воды, кислоты и спирта, выраженные в молекулярных ве­личинах.

Увеличение выхода эфира может быть достигнуто, как это сле­дует из уравнения константы равновесия:

1) Увеличением концентрации кислоты или спирта в зависимо­сти от ценности или легкости регенерации одного из этих веществ (при получении уксусно-этилового эфира приходится вводить из­быток этилового спирта);

2) Понижением концентрации образующейся воды и эфира путем: а) связывания воды водоотнимающими средствами, на­пример серной кислотой, которая оказывает влияние на ускоре­ние реакции этерификации и на предел реакции, б) отгонки эфира и частично воды по мере их образования.

При получении сложных эфиров (этилацетата и бутилацетата) в промышленном масштабе, поскольку для этерификации приме — I/яют кислоту и спирт, содержащие воду, имеет значение главным образом метод отгонки эфира и воды, так как последняя может быть затем отделена от эфира путем отстаивания.

Опыт показывает, что если взять по одному молю уксусной кислоты и метилового спирта, то равновесие рассматриваемой об­ратимой химической реакции наступит тогда, когда -/•> моля уксус­ной кислоты и спирта прореагируют с образованием сложного эфира и воды.

Таким образом, полученная система будет иметь вид:

TOC o «1-3» h z Г) — СН. СООП-1—1- ROH — —CH. COOR-‘-—НоО. (156) 3 3 з з

Отсюда константа равновесия

Где V — общий объем смеси.

Рассмотрим не частный при. мер, в котором в реакции участвуют эквивалентные количества спирта и кислоты, а самый общий слу­чай, встречающийся в практике.

Допустим, что смешаны: а молей СН:!СООН, Ь молей ROH, С молей CH3COOR и D молей Н20.

Равновесие этой системы наступит тогда, когда прореагирует л — молей СНзСООН и х молей ROH.

Допустим, что объем образовавшейся смеси равняется V. Тогда по закону действующих масс скорость Wx реакции:

CH. jCOOH-fROH ^ CH, C00R+H,0 , 1158j

Идущей слева направо (реакции этерификации), представится в следующем виде:

Л» 1 — константа скорости реакции, зависящая от химической природы реагирующих веществ и температуры, при ко­торой происходит процесс; С! и С, — молярные концентрации кислоты и спирта (количество молей кислоты в 1 л), равные:

Скорость «-2 реакции, идущей справа налево (реакции омы — Н’пия):

К2 —константа скорости омыления: С и Cl — молярные концентрации эфира и воды, равные:

При установившемся равновесии скорость прямо/! реакции рав­няется скорости обратной реакции, т. е.:

При вполне определенной температуре для данной химической реакции /(i и Яг являются постоянными, а поэтому и их отноше­ние будет тоже постоянной величиной, т. е.:

Здесь К носит название константы равновесия, которая для рассматриваемой реакции имеет вид:

Из формулы (165) следует, что когда .г приближается к а, Тогда К стремится к бесконечности. Следовательно, если действо­вать на малое количество спирта большим количеством кислоты, или, наоборот, большим количеством спирта — на малое количе­ство кислоты, то будет иметь место образование эфира почти пол­ностью. Обратно, при действии большим количеством воды на малое количество эфира, последний почти полностью разложится, т. е. гидролиз эфира при уменьшении концентрации увеличи­вается. Следовательно, путем изменения количественных соотно­шений можно создать условия хода реакции в нужном направ­лении.

Так как константа равновесия известна: К = 4, а, 6, End— начальные концентрации кислоты, спирта, эфира hi воды также известны, то количество образующегося эфира при равновесном состоянии можно определить, решая уравнение (165) относи­тельно л:

Если в соприкосновение приводится 1 моль уксусной кислоты, B молей этилового спирта, D молей воды, то при состоянии равно­весия количество образовавшегося эфира может быть определено по формуле:

В случае, если D = 0, т. е., если реагируют чистые 100%-ные уксусная кислота и этиловый спирт, то уравнение (169) примет вид:

Равновесный выход эфира при этарификации в жидкой фазе практически не зависит от температуры и составляет приблизи­тельно 66%. Между тем в газовой фазе при смешении паров уксусной кислоты и этилового спирта в эквимолекулярных коли­чествах при температуре 150° и в присутствии катализатора (крем — некислоты), равновесный выход составляет 90%, что соответ­ствует К = 81.

Реакция этерификации протекает без изменения числа молей и с небольшим положительным тепловым эффектом, равным 117 ккал. на кг. моль образовавшегося эфира.

Поэтому повышение температуры и давления, при котором происходит процесс этерификации, практически не оказывает влияния на состояние равновесия этой реакции.

Для ускорения процесса этерификации приходится вводить в систему катализатор. В качестве катализатора при этерификации уксусной кислоты и этилового спирта в жидкой фазе служит сер­ная кислота и соляная кислота, а при этерификации уксусной кислоты и бутилового спирта, кроме того, ароматические и нефтя­ные сульфокислоты. В промышленности применяют серную кис­лоту.