1H+濃度對(duì)蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率影響的測(cè)定

1、H+ 濃度對(duì)蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率影響的測(cè)定08化教吳英、羅群一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解旋光儀的基本原理，掌握其使用方法；2. 了解反應(yīng)物濃度與旋光度之間的關(guān)系；3. 利用旋光法測(cè)定蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)與半衰期；4. 探究 H+濃度對(duì)蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率影響。二實(shí)驗(yàn)原理蔗糖在水中轉(zhuǎn)化為葡萄糖和果糖：H+C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6（蔗糖） （葡萄糖） （果糖）蔗糖水解反應(yīng)是一個(gè)二級(jí)反應(yīng)， 但由于水是大量存在的， 在反應(yīng) 過程中可以認(rèn)為濃度不變， 在反應(yīng)過程中的氫離子是一種催化劑， 也 可以認(rèn)為濃度不變，由此，蔗糖水解反應(yīng)可作為一級(jí)反應(yīng)來處理。如果以 c 表示到達(dá) t 時(shí)

2、刻的反應(yīng)物濃度， k 表示反應(yīng)速率常數(shù)， 則一級(jí)反應(yīng)的速率方程為：-dc / dt=kt對(duì)此式積分可得：ln c =-kt +ln c0式中 c為反應(yīng)過程中的濃度， c0為反應(yīng)開始時(shí)的濃度。 當(dāng) c=c0/ 2 時(shí)，時(shí)間為 t 1/2，稱為半衰期。代入上式，得：t1/2= ln2 / k = 0.693/ k測(cè)定反應(yīng)過程中的反應(yīng)物濃度， 以 ln c 對(duì) t 作圖， 就可以求出反 應(yīng)的速率常數(shù) k。在這個(gè)反應(yīng)中，利用體系在反應(yīng)進(jìn)程中的旋光度不 同，來度量反應(yīng)的進(jìn)程。用旋光儀測(cè)出的旋光度值， 與溶液中旋光物質(zhì)的旋光能力、 溶劑 的性質(zhì)、溶液的濃度、溫度等因素有關(guān)，固定其它條件，可認(rèn)為旋光 度 與

3、反應(yīng)物濃度 c 成線性關(guān)系。物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來度量：蔗糖的比旋光度 D20=66.6 ，葡萄糖的比旋光度 D20=52.5 ，蔗糖和 葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但果糖的比旋光度比葡萄糖大，果 糖是左旋性物質(zhì)，它的比旋光度為 D20=-91.9 。因此，在反應(yīng)過程 中，溶液的旋光度先是右旋的，隨著反應(yīng)的進(jìn)行右旋角度不斷減小， 過零后再變成左旋，直至蔗糖完全轉(zhuǎn)化，左旋角度達(dá)到最大。當(dāng) t=0 時(shí)，蔗糖尚未開始轉(zhuǎn)化，溶液的旋光度為：0 = 反應(yīng)物 c0 1當(dāng)蔗糖已完全轉(zhuǎn)化時(shí)，體系的旋光度為： = 生成物 c0 2此處， 為旋光度與反應(yīng)物濃度關(guān)系中的比例系數(shù)。時(shí)間 t 時(shí)，蔗糖濃度為 c，

4、旋光度應(yīng)為： t = 反應(yīng)物 c + 生成物 (c0 - c) 3由1、2式：由2、3式：代入 ln c =-kt +ln c0 式，可得：ln (t - ) = -kt +ln (0 - )根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的反應(yīng)過程中的旋光度值計(jì)算 ln (t - ) ，再 對(duì)時(shí)間作圖，可得一條直線，根據(jù)直線斜率可求得反應(yīng)速率常數(shù)。三儀器，試劑 儀器：旋光儀 1臺(tái)，超級(jí)恒溫槽 1臺(tái)，錐形瓶，移液管，燒杯， 100容量瓶，玻璃棒，托盤天平。試劑：蔗糖( AR)，鹽酸溶液( 12.0mol/L )，蒸餾水。四實(shí)驗(yàn)步驟1. 了解旋光儀的原理與使用方法。2. 安裝儀器，將恒溫槽調(diào)節(jié)到( 25.0 0.1)。3. 旋光儀

5、的零點(diǎn)校正。4. 配置100 1.2mol/LHCl ， 2.4mol/LHCl ，3.6mol/L HCl ，4.8 mol/L HCl ，6 mol/L HCl 溶液。5. 配置蔗糖水溶液：稱取 50克蔗糖加入錐形瓶中，再加入 250mL 蒸餾 水，是蔗糖完全溶解，若溶液渾濁，則需要過濾。6. 用移液管分別移入 50.00 mL 蔗糖溶液和 50.00 mL6.0mol/L HCl ， 50.00 mL4.8mol/L HCl ，50.00 mL3.6mol/L HCl ，50.00 mL2.4mol/L HCl, 50.00 mL1.2mol/L HCl 溶液于錐形瓶，置于超級(jí)恒溫器中恒

6、溫 10 min 以上。7. 反應(yīng)過程中旋光儀的測(cè)定將6.0mol/LHCl 溶液倒入蔗糖溶液， 同時(shí)記下反應(yīng)開始的時(shí)間。 用少量混合溶液蕩洗旋光管，然后裝滿旋光管，蓋好 (要求管內(nèi)沒有氣 泡)，反映開始后的 15min 內(nèi)，每隔 1min 測(cè)量一次，然后由于反應(yīng)物 的濃度的降低而使反應(yīng)速率變慢，此時(shí)可將每次測(cè)量的時(shí)間間隔放 寬，一直到反應(yīng)時(shí)間為 50min 為止。8. 測(cè)完全反應(yīng)時(shí)的旋光度：將含有剩余混合液的試管置于 55水浴中加熱 40 min，使其中 蔗糖完全反應(yīng)。將反應(yīng)液冷卻至實(shí)驗(yàn)溫度，加入旋光管中，在恒溫槽 中恒溫 10 分鐘，測(cè)定其旋光度，作為 值。9. 不同濃度 HCl溶液旋光度

7、的測(cè)量： 將不同濃度 HCl溶液分別倒入蔗 糖溶液重復(fù)步驟 7，8。五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其處理過程tat對(duì)t 的工作曲線 (at- a )對(duì) t 的工作曲線1.HCl 的濃度為： 6mol/Lt/min9101112131415161922at6.1125.7205.4045.0884.7864.5044.2223.9443.0842.590t/min252831343740434649at1.8721.2880.7380.306-0.212-0.656-1.078-1.402-1.818at 對(duì) t 的數(shù)據(jù)記錄表 a的測(cè)量值： -4.848 、-4.848 、 -4.848 、-4.848 、-4.

8、848at對(duì) t的曲線上等間隔 8個(gè)( att)數(shù)組表t/min13.51720.52427.5313538.5at4.6593.6442.8412.1521.4020.7350.144-0.439ln(at- a )2.2522.1392.0401.9461.8331.7201.6081.484-1-k=-0.0299 min k=0.0299 mint1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.0299=23.177min2. HCl 的濃度為： 4.8mol/Lat 對(duì) t 的數(shù)據(jù)記錄表t/min56789101112at11.13210.48610.32010.1009.8249.

9、6529.3589.166t/min1314151821242730at8.9108.6928.4927.7587.1026.4725.8525.272t/min33363942454851at4.6644.0923.5862.9502.5002.2862.064a的測(cè)量值： -4.724 、-4.724 、 -4.724 、-4.724 、 -4.724at對(duì) t 的工作曲線t (at- a ) 對(duì) t 的工作曲線at 對(duì) t 的曲線上等間隔 8 個(gè)( at t)數(shù)組表-k=-0.01819 min-1k=0.01819 min-1t/min1014182226303438at9.5748.

10、6387.7506.9076.0745.7224.5373.750ln(at- a )2.6412.5782.4752.3992.3222.2462.1572.065t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.01819=38.098 min3. HCl 的濃度為： 3.6mol/Lat 對(duì) t 的數(shù)據(jù)記錄表t/min2345678910at12.23012.01211.84611.71611.41211.33011.11810.99010.760t/min111213141518212427at10.63410.42610.27810.0689.8489.3188.8768.2867.

11、816t/min3033363942454850at7.2666.7206.3325.8005.3724.9344.4744.146at對(duì) t 的工作曲線a的測(cè)量值： -4.824 、-4.824 、 -4.824 、-4.824 、-4.824 、 (at- a ) 對(duì) t 的工作曲線2.752.702.652.602.552.502.452.402.3512141618 20 22 24 26 28 30 32 34 36 3840at 對(duì) t 的曲線上等間隔 8 個(gè)( att)數(shù)組表t/min1014182226303438at10.97510.0799.3138.6908.0177.2

12、926.5775.997ln(at- a )2.7602.7022.6492.6042.5532.4952.4342.381-1-1-k=-0.0134 mint1/2=0.693/kk=0.0134 mint1/2=0.693/0.0134=51.716 min4. HCl 的濃度為： 2.4mol/Lat 對(duì) t 的數(shù)據(jù)記錄表t/min34567891011at12.59212.49012.38612.27812.17212.06811.95811.85211.750t/min121314151821242730at11.63211.40811.29411.18610.86810.5141

13、0.0789.7649.330t/min3336394245at9.0128.5808.2607.8367.518at對(duì) t 的工作曲線a的測(cè)量值： -4.596 、-4.596 、 -4.596 、-4.596 、-4.596 、 (at- a ) 對(duì) t 的工作曲線122.802.750 taa-ta(n40at 對(duì) t 的曲線上等間隔 8 個(gè)( att)數(shù)組表t/min1014182226303438at11.86911.30310.89910.3589.8489.3648.8488.364ln(at- a)2.8012.7662.7412.7052.6702.6362.5982.562

14、-1-k=-0.00839 min-1t1/2=0.693/k-1k=0.00839 min-1t1/2=0.693/0.00839=82.598 min5. HCl 的濃度為： 1.2mol/Lat 對(duì) t 的數(shù)據(jù)記錄表a的測(cè)量值：-4.588 、-4.588 、 -4.588 、-4.588 、-4.588 、at對(duì)t 的工作曲線(at- a )對(duì) t 的工作曲線2.84122.82t/min2345678910at12.71412.71412.71412.61012.61012.61012.51012.51012.510t/min111213141518212427at12.41012.

15、41012.30612.30612.20412.10212.00211.79811.694t/min3033363942454850at11.49211.38811.18211.08210.97810.77410.67610.574at 對(duì) t 的曲線上等間隔 8 個(gè)（ att）數(shù)組表t/min1014182226303438at12.48712.28512.09611.94911.73211.50511.31611.114ln(at- a)2.8382.8262.8142.8062.7922.7782.7662.754-1 -1-k=-0.00301 min k=0.00301 mint1/

16、2=0.693/kt1/2=0.693/0.00301=230.232 min6.轉(zhuǎn)化速率常數(shù)與氫離子濃度的關(guān)系CH+對(duì) k 的數(shù)據(jù)記錄表CH+(mol/l)1.22.43.64.86k0.003010.008390.01340.01820.0299k對(duì) cH+的工作曲線根據(jù)圖表數(shù)據(jù)可得關(guān)系式： k=0.0053 cH+-0.0045六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析1.實(shí)驗(yàn)值與文獻(xiàn)值的比較（溫度為 25）C(HCl)/mol/L1.22.43.64.86實(shí)驗(yàn)值（1/min）0.003010.008390.01340.018190.0299C(HCl)/mol/L1.22.63.34.35.8文獻(xiàn)值（1/min）0.017460.037580.047900.059980.08223具體文獻(xiàn)值未找到， 但是根據(jù)近似濃度的文獻(xiàn)值， 可以得出實(shí)驗(yàn)值與 文獻(xiàn)值相差很大。2.蔗糖的轉(zhuǎn)化速率常數(shù)與 H+ 濃度的關(guān)系 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出兩者符合關(guān)系式： k=0.0053 cH+-0.0045 可知速率常數(shù)隨著 H+ 濃度的增加而增加， 但是