(精品)实验十三一级反应－旋光法测定蔗糖转化的速率常数.doc

实验十三 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1 目的要求 (1) 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期(2) 了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的使用方法2 基本原理(1) 蔗糖转化的反应式为 (蔗糖) (葡萄糖) (果 糖)在纯水中此反应的速度极慢，通常需要H+催化作用下进行，该反应为二级反 应但是由于水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可认为在反应过程中水的浓度是恒定的，而H+起催化作用，其浓度也保持不变因此，蔗糖转化反应可 看作是一级反应一级反应的速率方程表达式如下： （2.13.1)积分可得： (2.13.2)式中：c——反应时间为t时的反应物浓度；c0——反应物起始浓度；t——反应时间；k——反应速率常数当c= 1/2 c0时，时间t可用t1/2表示，即反应的半衰期 (2.13.3)由式(2.13.2)可以看出， lnc对t作图，为一直线，直线的斜率为反应速率常数k。

若要直接测量不同时刻的反应物浓度，非常困难，但蔗糖及其转化产物都有旋光性，而且旋光能力不同，故可以利用系统在反应过程中旋光度的变化来度量反应的进程 (2) 测量旋光性所用的仪器称为旋光仪溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液的浓度、样品管长度、光源及温度等均有关系当其它条件固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系 即 (2.13.4) 式中K为比例系数，与旋光 物质的本性有关蔗糖是右旋物质，而反应产物混合物中，葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但其旋光能力较葡萄糖大，所以从总体上反应产物呈左旋性质随着反应的进行，系统的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，系统的旋光度恰好等于零，而后就变成左旋，直到蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞则 (蔗糖尚未分解t=0) (2.13.5)最后的溶液旋光度为α∞则 (蔗糖全部转化t=∞) (2.13.6)式中K反、K产 分别表示反应物与产物之比例系数，c0为反应物的起始浓度，亦是生成物最后的浓度。

当时间为t时，蔗糖的浓度为ct，旋光度为αt则 (2.13.7)由式(2.13.5)和式(2.13.6)得 (2.13.8) (2.13.9) 可见，能以反应开始时与终了时旋光度之差代表蔗糖的(2.17.2)得 (2.13.10) 若以ln(αt-α∞)对t作图为一直线，从直线斜率可求出反应速率常数k对于一级反应，因速率常数与反应物起始浓度无关，反应速率常数的测定可以从任一时刻开始3 仪器 试剂自动旋光仪WZZ型 1台 蔗糖(分析纯) 水浴锅 1个 HCl溶液(4mol·L-1)普通温度计 1支 蒸馏水100ml烧杯 2个50ml量筒 2个4 实验步骤(1) 了解和熟悉WZZ型旋光仪的使用方法(见仪器说明书)。

(2) 反应速率常数的测定配制浓度约为20%(质量百分数)的蔗糖溶液25ml，如有混浊应过滤然后将25ml蔗糖溶液与2.5ml浓度为4mol·L-1的HCl溶液混合，并迅速以此混合液荡洗盛液管2次，然后装满盛液管揩去管外的溶液，将盛液管安置在旋光仪的暗室中，开始测定旋光度以开始时刻为t0,每隔2min读数1次，20min后每隔3min 读数1次，再读7个数据即可然后关闭电源测α∞ ： 将盛液管取出，将反应液倒在烧杯里，连同原液一起在烧杯中用水浴加热，约30 min水浴温度不要超过50℃，冷至室温测得旋光度α∞5 数据处理（1） 数据记录：时间旋光度ααt-α∞Ln(αt-α∞)室温024……202326……(2) ln(αt-α∞)对t作图， 画出有代表性的直线(3) 求出反应速率常数和半衰期6 注意事项（1）反应液酸度很大，一定要擦净后再放入旋光仪暗箱内，以免腐蚀仪器 实验结束后，将盛液管洗净 (2) 每隔20min记1次室温，取平均值，作为测量温度， 并在不读数时，打开暗箱散热，读数前0.5min盖上7 思考题(1) 本实验是否需要校正仪器零点?为什么?(2) 在混和蔗糖和HCl溶液时，总是把 HCl溶液加到蔗糖溶液中，而不把蔗糖溶液加入HCl 溶液中，为什么?(3)如果所用蔗糖不纯，对实验有什么影响?。