蔗糖水解反应速率常数的测定.doc

蔗糖水解反应速率常数的测定一、实验目的（1） 根据物质的旋光性质研究蔗糖水解反应，测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期；（2） 了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；（3） 了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的使用方法二、实验原理蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖，反应式如下：C12H22O11+H2O →C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖蔗糖水解速率极慢，在酸性介质中反应速率大大加快，故H+为催化剂由于反应时H2O是大量存在的，尽管有部分水参加反应 ，仍近似认为整个反应过程中水的浓度是恒定的，故蔗糖水解反应可近似为一级反应 一级反应的速率方程可由下表示： （1） 积分式为： （2）当c=0.5c0时，可用t1/2表示，即为反应的半衰期： （3）从（2）式可看出在不同的时间测定反应物的相应浓度，并以ln ct对t作图得一直线，由直线斜率即可求出反应速率常数k。

溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源波长及反应时的温度等因素有关当其他条件固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系： α = Ac （4）式中A与物质的旋光能力、溶液厚度、溶剂性质、光源波长、反应温度等有关系的常数蔗糖水解反应中，反应物与生成物都具有旋光性，旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和（有加和性）当反应进行到某一时刻，体系的旋光度进过零点，然后左旋角不断增加当蔗糖完全转化时，左旋角达到最大值α∞若以α0 ，αt，α∞分别为反应时间0，t，∞时溶液的旋光度，则有： （5）显然,以对t作图可得一直线,从直线斜率即可求得反应速率常数k如果测出两个不同温度时的值，利用Arrhenius公式求出反应在该温度范围内的平均活化能 （6）三、仪器与试剂仪器： WZZ-2B型自动旋光仪1台；旋光管（20cm）1支；超级恒温水浴1套；叉形反应管2支；移液管(25mL)2支；容量瓶（50mL) 1个；秒表1块试剂： 蔗糖(分析纯)；HCl溶液(分析纯) (2.0 mol/L)四、实验步骤1. 调恒温水浴至所需的反应温度30 oC。

2. 开启旋光仪,打开光源开关,钠灯亮,经15分钟预热后使之发光稳定3. 打开光源开关，若光源开关扳上后，钠光灯熄灭,则将光源开关重复拔动1～2次,使钠灯在直流下点亮为正常4. 按测量开关,仪器进入待测状态将装有蒸馏水或空白溶液的旋光管放入样品室,盖好箱盖,待显示读数稳定后,按清零钮完成校零旋光管中若有气泡,应使气泡浮于凸颈处;通光面两端若有雾状水滴,可用滤纸轻轻揩干旋光管端盖不宜旋得过紧,以免产生应力,影响读数旋光管安放时应注意标记的位置和方向,以保证每次测量时一致5. αt 的测定用移液管移取20%的蔗糖溶液25mL放入叉形管直管，移取25mL2mol/LHCI溶液放入叉形管侧管（注意勿使两溶液混合），然后盖上胶塞，将叉形管置于恒温槽中恒温待溶液恒温后（不能少于10分钟），将已恒温的盐酸溶液，倒入蔗糖溶液中，立刻开始计时，作为反应的起点将溶液摇匀后，迅速用少量混合液清洗旋光管二次，然后将此混合液注满旋光管，盖好盖子（检查是否漏液和形成气泡），擦净旋光管两端玻璃片，立即置于旋光仪中，测定不同时间的旋光度第一个数据要求在反应开始后2-3分钟内测定开始20分钟内，每两分钟读数一次，以后每五分钟读一次。

直至旋光度为负值为止6．α∞的测定为了得到反应终了时的旋光度α∞，将步骤5叉形管中的剩余混合液转入50 mL容量瓶，置于50～60℃的水浴锅中恒温60分钟，使水解完全然后冷却至实验温度，再按上述操作，将此混合液装入旋光管，测其旋光度，此值即可认为是α∞7. 调恒温水浴温度至35℃,重复上列步骤5～6,测量另一温度下的反应数据8. 实验结束后应立即将旋光管洗净擦干依次关闭测量、光源、电源开关五、数据记录与处理1. 将所测的实验数据记录于下表中：实验温度：25 ℃； HCI 浓度：2 mol/L ; α∞ 为-0.134表1:25℃下时间与旋光度的数据反应时间t/minαtαt -α∞lg(αt -α∞)0 15.500 15.634 2.749 7 14.400 14.534 2.676 9 14.233 14.367 2.665 12 14.067 14.201 2.653 15 13.900 14.034 2.641 18 13.467 13.601 2.610 24 13.200 13.334 2.590 27 13.000 13.134 2.575 30 12.800 12.934 2.560 33 12.733 12.867 2.555 36 12.533 12.667 2.539 39 12.433 12.567 2.531 42 12.367 12.501 2.526 48 12.133 12.267 2.507 51 11.800 11.934 2.479 表2:35℃下时间与旋光度的数据反应时间t/minαtαt -α∞lg(αt -α∞)0 15.500 15.634 2.749 7 14.633 14.767 2.692 9 14.033 14.167 2.651 12 13.733 13.867 2.630 15 12.900 13.034 2.568 18 12.533 12.667 2.539 24 11.533 11.667 2.457 27 11.067 11.201 2.416 30 10.567 10.701 2.370 33 10.333 10.467 2.348 36 9.433 9.567 2.258 39 9.200 9.334 2.234 42 9.067 9.201 2.219 48 8.100 8.234 2.108 51 7.867 8.001 2.080 2. lg(αt-α∞)对t作图，从直线斜率分别求出两温度时的速率常数k（T1）及k（T2），并求出两温度下的反应半衰期。

图1：lg(αt -α∞)对t的关系图（25℃）此温度下： k=0.0043 s-1半衰期 t1/2 =0.693/0.0043=161.20 s 图2：lg(αt -α∞)对t的关系图（35℃）此温度下： k=0.0137 s-1半衰期 ： t1/2 =0.693/0.0137=50.58 s3．从k（T1）及k（T1）利用Arrhenius公式求其平均活化能Ea Ea=88.512 KJ.mol-1六、思考题 1. 蔗糖的转化速率常数k和哪些因素有关？答：蔗糖的转化速度与盐酸的浓度、蔗糖溶液的浓度、温度等有关2.在测量蔗糖转化速率常数时，选用长的旋光管好？还是短的旋光管好？ 答：选用较长的旋光管好根据公式〔α〕＝α×1000/Lc，在其它条件不变情况下，L越长，α越大，则α的相对测量误差越小3. 试估计本实验的误差，怎样减少误差？答：本实验的误差主要是蔗糖反应在整个实验过程中不恒温在测定旋光度时，温度已不再是测量温度，可以改用带有恒温实施的旋光仪，保证实验在恒温下进行，在本实验条件下，测定时要力求动作迅速熟练。

4. 如何根据蔗糖、葡萄糖和果糟的比旋光度计算α0和α∞? 答：由该式 可计算α0又溶液的旋光度为各组成旋光度之和（有加和性）可算α∞5. 实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点试问在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度αt是否需要零点校正？答：否，因为蒸馏水没旋光性，故用纯蒸馏水作零点校正蔗糖转化反应过程中，无须再作零点校正6．配制蔗糖溶液时称量不够准确对实验有什么影响? 答：此反应对蔗糖为一级反应，利用实验数据求k时不需要知道蔗糖的初始浓度所以配溶液时可用粗天平称量若蔗糖中的不纯物对反应本身无影影响，则对实验结果也无影响。