實(shí)驗(yàn)十七 旋光法測(cè)定蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)十七 旋光法測(cè)定蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?根據(jù)物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)研究蔗糖水解反應(yīng)，測(cè)定其反應(yīng)速率常數(shù)和半衰期。2了解反應(yīng)物濃度與反應(yīng)體系旋光度之間的關(guān)系。3掌握旋光儀的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理蔗糖溶液在酸性介質(zhì)中可水解生成葡萄糖和果糖。反應(yīng)如下：（蔗糖） （葡萄糖） （果糖）水解反應(yīng)中，水是大量的，雖然有部分水分子參加了反應(yīng)，但與溶質(zhì)濃度的改變相比可以認(rèn)為它的濃度是恒定的，而且氫離子是催化劑，其濃度也保持不變，故反應(yīng)速率只與蔗糖濃度有關(guān)，可視為一級(jí)反應(yīng)，其速率方程為： （17.1）積分上式得： （17.2）反應(yīng)的半衰期與反應(yīng)速率常數(shù)的關(guān)系式為： （17.3）由積分式不難看出：只要測(cè)得不

2、同反應(yīng)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的反應(yīng)物濃度，就可以lnc對(duì)c作圖得到一條直線，由直線斜率求得反應(yīng)速率常數(shù)。然而，反應(yīng)是在不斷進(jìn)行，要快速分析出不同時(shí)刻反應(yīng)物的濃度是困難的。在本實(shí)驗(yàn)中，蔗糖及其水解產(chǎn)物都具有旋光性，即能夠通過(guò)它們的偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)一定的角度(該角度稱為旋光度，常以 符號(hào)表示)，來(lái)量度其濃度。蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以隨水解反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)體系的旋光度會(huì)由右旋逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮?，因此可以利用體系在反應(yīng)過(guò)程中旋光度的改變來(lái)量度反應(yīng)的進(jìn)程。測(cè)定物質(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(zhǎng)度、光源波長(zhǎng)和溫度等因素有關(guān)。 （17.4）

3、式中為比旋光度，可以量度物質(zhì)的旋光能力，為所用光源的波長(zhǎng)，一般用鈉光的D線，其波長(zhǎng)為5.89×10-7m, 為測(cè)定溫度（），為樣品管長(zhǎng)度，為旋光物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度,M為旋光物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。由（17.4）式可以看出，當(dāng)其它條件不變時(shí)，旋光度與物質(zhì)濃度成正比，即 （17.5）式中 為比例系數(shù)。蔗糖是右旋物質(zhì)(比旋光度，產(chǎn)物中葡萄糖也是右旋物質(zhì)（），果糖是左旋物質(zhì)（）。因此當(dāng)水解反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，右旋角不斷減小，當(dāng)反應(yīng)終了時(shí)，體系將經(jīng)過(guò)零變成左旋。設(shè)、和 分別表示反應(yīng)在起始時(shí)刻、時(shí)刻和無(wú)限長(zhǎng)時(shí)體系的旋光度。反應(yīng)在相同條件下進(jìn)行，旋光度與濃度成正比，而且溶液的旋光度為各組成旋光度之和。由（17.5

4、）式可導(dǎo)出 （17.6） （17.7）將（17.6）、（17.7）代入（17.2）式可得 （17.8）以對(duì)時(shí)間t作圖可得一條直線，由直線的斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)三、儀器和試劑自動(dòng)指示旋光儀 1臺(tái) 移液管（25ml） 2支超級(jí)恒溫槽 1臺(tái) 燒杯 (150ml) 2個(gè)恒溫水浴 1臺(tái) 吸耳球 1個(gè)秒表 1塊 蔗糖(AR)容量瓶（50ml） 1個(gè) HCl溶液（4mol.L-1）錐形瓶(100ml) 2個(gè)四、實(shí)驗(yàn)步驟1 調(diào)節(jié)超級(jí)恒溫槽的溫度在25±0.1，用蒸餾水洗凈帶有恒溫水套的樣品管，然后將其接通恒溫水。2 溶液配制與恒溫稱取10克蔗糖于燒杯中，加蒸餾水溶解，移至50ml容量瓶定容至刻度

5、，用移液管吸取25ml蔗糖溶液注入一錐形瓶中，將兩個(gè)錐形瓶用玻璃塞或橡皮塞蓋好后，置于25±0.1的恒溫槽中恒溫1015分鐘。3 儀器零點(diǎn)校正將儀器面板上的光源開(kāi)關(guān)向下板至“”處，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)預(yù)熱5-10分鐘，再將光源開(kāi)關(guān)扳指“-”處。將旋光管一端的套蓋旋緊，由另一端注滿蒸餾水并使液體呈凸液面，取玻璃蓋片沿管口輕輕推入蓋好，再旋緊套蓋，勿使漏夜或有較大氣泡產(chǎn)生。旋緊套蓋時(shí)注意用力適當(dāng)，若用力過(guò)大，易壓碎玻璃蓋片，或使玻璃片產(chǎn)生應(yīng)力，影響旋光度。若管中液體有微小氣泡，可將其趕至管一端的凸肚部分。用干布或?yàn)V紙擦干旋光管外面，用鏡頭紙擦凈兩端玻璃片，將旋光管放入旋光儀，蓋上儀器面蓋。打開(kāi)示

6、數(shù)開(kāi)關(guān)，待刻度讀數(shù)基本穩(wěn)定后，再調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕使讀數(shù)置零。圖-17-1 帶有恒溫水套的旋光管4 的測(cè)定將恒溫后的兩個(gè)錐形瓶取出，將HCl溶液傾倒至蔗糖溶液中。傾倒的同時(shí)，開(kāi)始用秒表計(jì)時(shí)，然后將兩錐形瓶互相傾倒23次，使溶液混合均勻。用少許混合液蕩洗旋光管2-3次，然后按步驟3操作。將加好溶液的旋光管擦凈外面和兩端玻璃蓋片，置于旋光儀中，打開(kāi)示數(shù)開(kāi)關(guān)測(cè)量各時(shí)間時(shí)溶液的旋光度，反應(yīng)前期速度較快，可每?jī)煞昼姕y(cè)一次，以后由于反應(yīng)物濃度降低使反應(yīng)速度變慢，可以每510分鐘測(cè)一次，測(cè)至60分鐘即可。實(shí)驗(yàn)測(cè)量參考時(shí)間：從混合計(jì)時(shí)起，4，6，8，10，15，20，30，40，50，60分鐘。5 的測(cè)定將步驟4中的剩余混合液置于50-60的水浴中加熱30分鐘，以加速水解反應(yīng)，然后冷卻至實(shí)驗(yàn)溫度，測(cè)其旋光度，此值即可認(rèn)為是或?qū)⑹Ｓ嗷旌弦涸谑覝叵卤３?8小時(shí)，重新恒溫至實(shí)驗(yàn)溫度，測(cè)其旋光度，此值即6 其它溫度下水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定此步驟可根據(jù)情況選做。7 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后切記將旋光管內(nèi)外用蒸餾水洗凈，擦干，防止酸對(duì)旋光管和儀器的腐蝕。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理1 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于下表：室溫： 大氣壓： 反應(yīng)溫度： 2 以對(duì)作圖。3 由直線斜率求蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)，并計(jì)算半衰期六、思考題1 蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)和哪些因素有關(guān)？2 為什么可用蒸餾水來(lái)校正旋光儀的零點(diǎn)？求速率常數(shù)