四川理工-物化實(shí)驗(yàn)-蔗糖水解反應(yīng)速度常數(shù)的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)十一 蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定報(bào)告人： 同組人： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間2010年06月21日一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?根據(jù)物質(zhì)的旋光性質(zhì)研究蔗糖水解反應(yīng)，測(cè)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)的反應(yīng)物濃度與旋光度之間的關(guān)系。3了解旋光儀的基本原理，掌握旋光儀的正確使用方法。二實(shí)驗(yàn)原理：蔗糖在水中轉(zhuǎn)化成葡萄糖與果糖，其反應(yīng)方程式為： （1）為使水解反應(yīng)加速，反應(yīng)常常以H+為催化劑，故在酸性介質(zhì)中進(jìn)行。此反應(yīng)的反應(yīng)速率與蔗糖的濃度、水的濃度以及催化劑H+的濃度有關(guān)。在催化劑H+濃度固定的條件下，這個(gè)反應(yīng)是一個(gè)二級(jí)反應(yīng)。但是，此反應(yīng)中水大量存在，反應(yīng)達(dá)終點(diǎn)時(shí)，雖有部分水分子參加反應(yīng)，但與溶質(zhì)濃度相比可認(rèn)為它

2、的濃度沒(méi)有改變，故此反應(yīng)可視為一級(jí)反應(yīng)，動(dòng)力學(xué)方程式為：，積分后得 或 （2）式中c0為反應(yīng)開(kāi)始時(shí)蔗糖的濃度；c為時(shí)間t時(shí)的蔗糖濃度，k為水解反應(yīng)的速率常數(shù)。從式（2）可以看出，在不同的時(shí)間測(cè)定反應(yīng)物的濃度，并以對(duì)t作圖，可得一直線(xiàn)，由直斜率即可求出反應(yīng)速率常數(shù)k。然而，由于反應(yīng)是不斷進(jìn)行，要快速分析出某一時(shí)刻反應(yīng)物的濃度比較困難。但根據(jù)反應(yīng)物蔗糖及其生成物都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同這一特點(diǎn)，可利用體系在反應(yīng)過(guò)程中旋光度的改變來(lái)量度反應(yīng)的進(jìn)程。蔗糖及其水解產(chǎn)物均為旋光物質(zhì)，在反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中，如以一束偏振光通過(guò)溶液，則可觀察到偏振面的轉(zhuǎn)移，如圖（1）所示。由于蔗糖是右旋的，水解混合物是

3、左旋的，所以偏振面將由右邊旋向左邊。偏振面的轉(zhuǎn)移角度稱(chēng)為旋光度，以表示。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的種類(lèi)、濃度、液層厚度、光源波長(zhǎng)及反應(yīng)時(shí)的溫度等因素有關(guān)。當(dāng)其它條件均固定時(shí)，旋光度與反應(yīng)物濃度c呈線(xiàn)性關(guān)系，即：=c （3）式中是與物質(zhì)的旋光能力、溶液厚度、溶劑性質(zhì)、光源的波長(zhǎng)、反應(yīng)時(shí)的溫度等有關(guān)系的常數(shù)。物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來(lái)表示。蔗糖是右旋性物質(zhì)，葡萄糖也是右旋性質(zhì)，果糖是左旋性物質(zhì)，它們的比旋光度為：a蔗糖=+66.65° ，a蔗糖 =+52.5° ，a果糖 =-91.9°正值表示右旋，負(fù)值表示左旋?？梢?jiàn)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

4、時(shí)體系將經(jīng)過(guò)零變成左旋。旋光度與濃度成正比，且溶液的旋光度為各組成旋光度之和(加和性)。若以0、t、。分別為反應(yīng)時(shí)間0、t、時(shí)溶液的旋光度，則可導(dǎo)出：c0(0) ，ct(t) （4）將式(4)代入式(2)可得： =k1t或In(t)=kt + ln(0) (5)上式中In(t)對(duì)t作圖，從所得直線(xiàn)的斜率即可求得反應(yīng)速度常數(shù)k。 一級(jí)反應(yīng)的半衰期則用下式求?。簍1/2= （6）三儀器和試劑：旋光計(jì)(帶旋光管)，超級(jí)恒溫水浴，普通水浴鍋，錐形瓶(100mL) ，移液管(25mL)，秒表。2mol·L-1 HCl溶液；蔗糖(A.R.)。四實(shí)驗(yàn)步驟：1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）用臺(tái)秤粗稱(chēng)蔗糖10g，放入

5、錐形瓶中，準(zhǔn)確移入50mL蒸餾水，攪拌將蔗糖溶解，備用。（2）將恒溫水浴調(diào)節(jié)到27恒溫（夏天適當(dāng)調(diào)高，并可將反應(yīng)溶液按50mL蔗糖溶液加25mLHCl溶液配制），然后將旋光管口外套接上恒溫水。2旋光儀零點(diǎn)調(diào)節(jié)在旋光管中注入純水，放入旋光儀暗箱中，開(kāi)啟旋光儀電源預(yù)熱10分鐘，待鈉光燈穩(wěn)定后，開(kāi)啟測(cè)量開(kāi)關(guān)，光屏應(yīng)顯示值為00.000,若示值不為00.000，可按清零鍵使其歸零。3蔗糖水解過(guò)程中t的測(cè)定用移液管取25m L蔗糖溶液, 100mL干燥的，再取50m L 2mol·L -1的 HCl溶液加到蔗糖溶液的錐形瓶中混合，并在HCl溶液加入一半時(shí)開(kāi)動(dòng)秒表作為反應(yīng)的開(kāi)始時(shí)間（注意：秒表一

6、經(jīng)啟動(dòng)，勿停直至實(shí)驗(yàn)完畢），不斷振蕩搖動(dòng)，迅速取少量混合液清洗旋光管二次，然后以此混合液注滿(mǎn)旋光管，蓋好玻璃片，旋緊套蓋(檢查是否漏液，有氣泡)，擦凈旋光管兩端玻璃片，立刻置于旋光儀中，蓋上箱蓋，儀器數(shù)顯窗將顯示出該樣品的旋光度。反應(yīng)開(kāi)始第2min時(shí)讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)，第5min時(shí)讀取第二個(gè)數(shù)據(jù)，之后每5min讀取一次，一直測(cè)量到旋光度為負(fù)值為止或一直做到反應(yīng)90min為止。 4的測(cè)定將步驟3中剩余的混合液置于6070水浴內(nèi)恒溫60min以上，使其加速反應(yīng)至完全，然后取出，冷卻至水浴溫度溫，測(cè)其旋光度，此值即可認(rèn)為是。五數(shù)據(jù)處理：反應(yīng)溫度： 蔗糖濃度：2 mol·l-1 鹽酸濃度： 2

7、mol·l-1 1. 完成下表，用In(t)對(duì)t作圖，由直線(xiàn)斜率求出反應(yīng)速率常數(shù)k（直線(xiàn)斜率的相數(shù)即為速率常數(shù)k）。tmin025101520253035t7.7706.3604.6302.3050.500-0.910-1.935-2.840-3.440-4.585t12.35510.9459.2156.895.0853.6752.651.7451.145In(t)2.5142.3932.2211.9301.6261.3020.9750.5570.135由圖知：直線(xiàn)斜率為-0.0665，得k=0.06652  計(jì)算反應(yīng)的半衰期t1/2。因k=0.0665，由公式得，半衰期=10.42min六思考題：1蔗糖溶液為什么可粗略配制？答：蔗糖水解為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)物起始濃度不影響反應(yīng)速度常數(shù)，又因?yàn)檎崽菨舛却笥昧枯^多，量值的有效數(shù)字位數(shù)較多，故不需要精確稱(chēng)量，只要用上皿天平稱(chēng)量就可以了。 2蔗糖的轉(zhuǎn)化速度和哪些因素有關(guān)？答