旋光法测量蔗糖水解反应速率常数.doc

实验七 旋光法测量蔗糖水解反应速率常数一、 目的要求1. 了解旋光仪的基本原理2. 了解反应物浓度与旋光度之间的关系3. 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期二、 基本原理 蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为： C12H22O11(蔗糖)＋H2O→C6H12O6（葡萄糖）＋C6H12O6（果糖）它是一个二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行由于反应时水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓度也保持不变因此蔗糖转化反应可看作为一级反应一级反应的速率方程可由下式表示： －dc/dt=kc.c’=kc (1)式中c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数上式积分可得：lnc0-lnc= kt (2)c0为反应开始时反应物浓度当c=1/2 c0时，时间t可用t1/2表示，即为反应半衰期：t1/2＝(ln2)/k=0.693/k (3)从（2）式可看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc对t作图，可得一直线，由直线斜率即可求得反映速率常数k。

然而反应是在不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的但蔗糖及其转化产物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系当其它条件均固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系，即α＝［α］20Dlc (4) 作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度［α］20D＝－66.6°；生成物葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度［α］20D＝52.5°；但果糖是左旋性物质，其比旋光度［α］20D＝－91.9°由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖的右旋性大，所以生成物呈现左旋性质因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞设体系最初的旋光度为： α0＝β反c0 (t=0，蔗糖尚未转化) （5）体系最终的旋光度为： α∞＝β生c0 (t=∞，蔗糖已完全转化) （6）式（5）和（6）中β反和β生分别为反应物与生成物的比例常数。

当时间为t时，蔗糖浓度为c，此时旋光度为αt，即 αt＝β反c＋(β生c0－c) (7)由式（5）、（6）和（7）联立可解得： c0＝（α0－α∞）/（β反－β生）＝β’（α0－α∞） (8)c = (αt -α∞)/( β反－β生)= β’（ αt－α∞） (9)将式（8）和（9）带入（2）式即得： ln（α0－α∞）- ln (αt -α∞) = kt (10)显然，如以ln (αt -α∞)对t作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数k三、 仪器 试剂旋光仪 移液管（25ml）2支 蔗糖（20g/10mL） HCl溶液（4mol/L）锥形瓶（150mL） 四、 实验步骤1. 旋光仪的零点校正2. 反应过程的旋光度测定：20mL蔗糖→锥形瓶→20mL验算→混合均匀→润洗旋光管2次→注满旋光管（剩余溶液置于低于60度的水浴）→擦干→赶气泡→测量旋光度并记下时间（α1和t1）→没间隔约5分钟测量一次，共测量7组数据。

3. α∞的测量：上述7组数据测量完成后，倒掉旋光管中未完全水解的溶液，取出置于低于60度水浴的反应溶液，冷却至室温，用该溶液润洗2次旋光管，测量α∞1，将旋光管再置于低于60度水浴加热5分钟，取出并冷却后再次测量旋光度α∞2，直至两次测量的旋光度相等五、 数据处理：1. 原始记录2. 画如下表格时间t/min旋光度α/°αt-α∞ln(αt-α∞)t1=07.3510.852.38t2=5.04.207.702.04t3=10.22.756.251.83t4=14.91.905.401.69t5=20.11.104.601.53t6=25.30.504.001.39t7=30.1-0.203.301.19∞-3.500/3. 作图注意：1纵坐标和横坐标的名称和单位要标出 2.作的直线应使图中的7个点均匀分布在直线两侧在直线上任取两点A和B，其坐标分别为（6.85,2.02）和（21.49,1.48）直线的斜率为：所以反应的速率常数为：k=0.037（min-1）半衰期六、 思考题：1.2.原始记录姓名： 班级： 学号： 旋光法测量蔗糖水解反应速率常数时间t/min旋光度α/°t1=07.35t2=5.04.20t3=10.22.75t4=14.91.90t5=20.11.10t6=25.30.50t7=30.1-0.20∞-3.50反应温度： 15.3°C 。