旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù).ppt

實驗一 旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù),一、實驗?zāi)康呐c要求,1.測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期。 2.了解該反應(yīng)反應(yīng)物的濃度與旋光度之間的關(guān)系。 3.了解旋光儀的基本原理，掌握其使用方法及其在化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)測定中的應(yīng)用。,二、實驗重點與難點,1.蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期的計算。 2.旋光儀的使用方法。,三、實驗原理,蔗糖水溶液在有H+離子存在時，將發(fā)生水解反應(yīng)生成葡萄糖與果糖，其反應(yīng)為 C12H22O11（蔗糖）+H2O C6H12O6（葡萄糖）+C6H12O6（果糖） 這是一個二級反應(yīng)，在純水中該反應(yīng)的反應(yīng)速率極慢， 通常需要在H+離子的催化作用下進(jìn)行。由于反應(yīng)中水是大量存在的，盡管有部分的水分子參加了反應(yīng)，但反應(yīng) 中水的濃度變化極小，仍可近似認(rèn)為整個反應(yīng)中水的濃 度是恒定的，而H+作為催化劑，其濃度也始終保持不變。因此，蔗糖在酸性條件下的水解反應(yīng)可看近似看 作一級反應(yīng)。其動力學(xué)方程式為: （1）,將（1）式積分可得 （2） 反應(yīng)的半衰期 ： （3） 溶液的旋光度與溶液所含旋光物質(zhì)的旋光能力、溶劑性質(zhì)、溶液濃度、樣品管長度及溫度等均有關(guān)系。當(dāng)其它條件固定時，旋光度與反應(yīng)物濃度呈線性關(guān)系，即 （4） 為了比較各種物質(zhì)的旋光能力，引入比旋光度這一概念，比旋光度可表示為 （5）,反應(yīng)物蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度為66.6；生成物中的葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度為52.5，果糖是左旋性物質(zhì)，比旋光度為91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈現(xiàn)左旋性質(zhì)。因此隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，體系的右旋角將不斷減少，在反應(yīng)進(jìn)行到某一瞬間時，體系的旋光度恰等于零，隨后為左旋角逐漸增大，直到蔗糖完全轉(zhuǎn)化，體系的左旋角達(dá)到最大值。由于反應(yīng)是不斷進(jìn)行的，要快速分析反應(yīng)物的濃度很困難。因此，可以利用體系在反應(yīng)過程中旋光度的變化來度量反應(yīng)進(jìn)程。,將（9）式、（10）式代入（2）式中即得 （11） 顯然，以 對t作圖，可得一直線，從直線的斜率即可求出反應(yīng)速率常數(shù)。 本實驗是用旋光儀來測定反應(yīng)體系的 、 值，由（11）式求得蔗糖水解反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)，繼而再求出半衰期。,四、實驗儀器及藥品,WZZ-2A自動旋光儀 1臺 天平 1臺 磨口塞錐形瓶（100mL） 1個 漏斗架、漏斗 1套 燒杯（50mL） 2個 燒杯（150mL）1個 秒表 1個 移液管（mL） 2支 鹽酸溶液（4.00mol/L） 蔗糖（分析純）,五、實驗操作步驟,1.旋光儀的校正 去離子水為非旋光性物質(zhì)，可用來校正旋光儀。校正時，首先應(yīng)將旋光管洗凈，然后再將旋光管的兩端分別加上玻璃窗片和橡皮墊圈，最后將螺絲帽蓋蓋上，使玻璃片緊貼住樣品管口，從旋光管中部的開口處向管內(nèi)灌滿蒸餾水，此時管中若有氣泡存在，則應(yīng)盡量將氣泡趕至旋光管中部的開口處，使旋光管中不存在氣泡。在旋緊螺絲帽蓋時，不宜用力過猛，以免將玻璃窗片壓碎，旋光管的螺絲帽蓋不宜旋得過緊，以防產(chǎn)生應(yīng)力而影響讀數(shù)的正確性。隨后用濾紙將管外的水吸干，樣品管兩端的玻璃窗片用擦鏡紙擦干凈，然后將旋光管放入旋光儀的樣品室中，蓋上箱蓋，待小數(shù)穩(wěn)定后，按清零按鈕清零。待數(shù)顯框中出現(xiàn)零時，再按下“復(fù)測”鍵鈕，數(shù)顯框中再次出現(xiàn)零，重復(fù)上述操作三次，待示數(shù)穩(wěn)定后，即校正完畢。注意，每次進(jìn)行測試時樣品管安放的位置和方向都應(yīng)當(dāng)保持一致。,3.溶液的配制 在天平上稱6克蔗糖，將其置于150mL燒杯中，加入30mL去離子水，使蔗糖完全溶解，若溶液混濁，則要過濾。用移液管移取25mL上述蔗糖溶液注入到100mL的磨口錐形瓶中。 4.反應(yīng)過程中旋光度的測定 用移液管移取25mL鹽酸溶液轉(zhuǎn)移到盛25mL蔗糖溶液的100mL磨口錐形瓶中，當(dāng)鹽酸溶液加入一半時，記下反應(yīng)開始的時間，迅速進(jìn)行混合，使之混合均勻后，立即取少量的反應(yīng)液蕩洗旋光管兩次，然后將反應(yīng)液盛滿在旋光管中，進(jìn)行旋光度測量。此時，樣品的放置要與零點校正時放置的位置和方向一致，測量各時刻的旋光度。第一個數(shù)據(jù)的測定要在離反應(yīng)開始12min內(nèi)進(jìn)行；前20min內(nèi)，以1次/min的間隔記錄數(shù)據(jù)；20min以后，以1次/4min的間隔記錄數(shù)據(jù)，直到旋光度為負(fù)值為止。,5. 的測量 為了得到 ，可將剩余反應(yīng)液放置48h后，在相同實驗溫度下進(jìn)行測定。也可將剩余反應(yīng)液置于5060左右的水浴中溫?zé)?0min，以加速水解反應(yīng)至完全，然后取出冷卻至相同實驗溫度下再進(jìn)行測定。在1015min內(nèi)讀取5個數(shù)據(jù)。若在測量誤差范圍內(nèi)（0.1），則取其平均值，該平均值即為 。,六、數(shù)據(jù)處理,1.將實驗數(shù)據(jù)記錄于表1中。 2.以 對t作圖，可得一直線，從直線的斜率即可求出反應(yīng)