蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定

1、蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?、根據(jù)物質(zhì)的光學性質(zhì)研究蔗糖水解反應(yīng)，測定其反應(yīng)速率常數(shù)。2、了解旋光儀器儀的基本原理，掌握其使用方法。二、實驗原理蔗糖在水中轉(zhuǎn)化成葡萄糖與果糖，其反應(yīng)為：CHO H O c h o c h o12 22 1 1 2 6 12 6 6 12 6它屬于二級反應(yīng)，在純水中此反應(yīng)的速率極慢，通常需要在H+離子催化作用下進行。由于反應(yīng)時水大量存在，盡管有部分水分子參與反應(yīng)，仍 可近似地認為整個反應(yīng)過程中水的濃度是恒定的，而且H+是催化劑，其濃度也保持 不變。因此在一定濃度下，反應(yīng)速度只與蔗糖的濃度有關(guān)，蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)可看作為 一級反應(yīng)。一級反應(yīng)的速率方程可由下式表

2、示：dC 4t kC式中：c為蔗糖溶液濃度，k為蔗糖在該條件下的水解反應(yīng)速率常數(shù)。令蔗糖開始水解反應(yīng)時濃度為cO,水解到某時刻時的蔗糖濃度為ct,對上式進 行積分得：In Co/Ct kt該反應(yīng)的半衰期與k的關(guān)系為：t i 2 In 2/k蔗糖及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同，故可以利用 體系在反應(yīng)進程中旋光度的變化來度量反應(yīng)進程。測量物質(zhì)旋光度所用的儀器稱為旋光儀。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(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。當溫度、波長、溶 劑一定時，旋光度的數(shù)值為：LC Dl或KCL為液層厚度，即盛裝溶液的旋光管的長度；C為旋光物質(zhì)的體積

3、摩爾濃度；為比旋光度；t為溫度；D為所用光源的波長。比例常數(shù)K與物質(zhì)旋光能力，溶劑性質(zhì)，樣品管長度，光源的波長，溶液溫度等有關(guān)?？梢姡舛扰c物質(zhì)的濃度有關(guān)，且溶液的旋光度為各組分旋光度之和。20作為反應(yīng)物的蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度蔗d 66.65° ；生成物中葡20萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度葡d 52.5° ；但果糖是左旋性物質(zhì)，其比旋20光度果d -91.9° o由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性質(zhì)。因此隨著反應(yīng)的進行，體系的右旋角不斷減小，反應(yīng)至某一瞬間， 體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全轉(zhuǎn)化，這時左旋

4、角 達到最大值 。反應(yīng)過程濃度變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾舛茸兓篊12H22O11+艮0 丄_>GH：©+t=0C：00t=tC°-UCcC.1二000CcCo當t=0時，溶液中只有蔗糖，溶液的旋光度值為：kC0蔗糖0 ( 1)當匸8時，蔗糖完全水解，溶液中只有葡萄糖和果糖。旋光度為:k葡 k果 Co ( 2)當t=t時，溶液中有蔗糖、果糖和葡萄糖，此時旋光度為：tk蔗糖Ctk 葡 k 果 Co C t (3 )經(jīng)數(shù)學處理得：/ kCo0蔗糖MSi(4)Ct t/ k訕訓k葡k果(5)即得:Intkt Ino三、儀器與試劑旋光儀（1臺）；50ml容量瓶（1個）；5mL移液管（1支

5、）；25ml移液管 （1支）；錐形瓶（3個）；，恒溫水水浴（1臺）；秒表（1個）；蔗糖；分析臺 秤（1臺）；蔗糖；HCL溶液（2mol/L ）。四、實驗步驟1. 溶液配制：稱取10克蔗糖放在燒杯中，加蒸憾水溶解，移至 50ml容量瓶，加水稀釋至 刻度。用25ml移液管移取蔗糖溶液于2個錐形瓶，準確加入5mI2nwl/L的HC1溶 液，按下秒表開始計時（注意：秒表一經(jīng)啟動，勿停直至實驗完畢） 。將其中一 份放入恒溫水浴中加熱，另一份用另一個錐形瓶相互傾倒 23次，使溶液混合均 勻。2. t測定：迅速用反應(yīng)混合液將旋光管管洗滌 1次后，將反應(yīng)混合液裝滿旋光管，擦凈 后放入旋光儀，測定規(guī)定時間的旋光

6、度。反應(yīng)前期可 2min測一次，反應(yīng)速度變 慢后可5lOmin測一次，測至60min即可。3. 的測量：將放入恒溫水浴中加熱的溶液使反應(yīng)充分后拿出，冷卻至室溫后測定體系的 旋光度。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理室溫：224 C反應(yīng)溫度：22,4，C大氣壓：KPaChci = 2_ ol L l二 467表1蔗糖反應(yīng)液所測時間與旋光度數(shù)據(jù)y min46810152030405060t12.5512.3612.2612.0111.4910.799.587.635.844.01In t2.8462.8352.8292.8142.7832.7382.6572.5102.3522.161根據(jù)上表數(shù)據(jù)，算出相應(yīng)的ln( a t - a )的數(shù)值計入表格，并以In( a t - a .) 對t作圖。圖 1 In t由線性擬合得到：t由直線斜率求出反應(yīng)速率常數(shù)0.01174t 2.93779k (直線斜率的相反數(shù)即為速率常數(shù)k),并計算反應(yīng)的半衰期即:-k 0.01174則速率常數(shù)：k 1.174 10 2 min 1半衰期：!,2 In 2' k 59.04 min六、思考題1蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)和哪些因素有關(guān)？與反應(yīng)溫度和反應(yīng)活化能有關(guān)2. 反應(yīng)開始時，為什么將鹽酸倒入蔗糖