物理量和常數(shù)測定

1、第八章 物理量和常數(shù)測定簡 介 純物質的熔點、沸點、折光率及具有手性分子的物質的旋光度，是純物質的重要物理量。一定條件下，對于任一純粹化合物，這些物理量都是固定不變的。比如：一個大氣壓下，苯甲酸固體的熔點為216.2 216.4，乙醇的沸點為78.5；20時，乙醇的折光率為1.3611，D 葡萄糖的比旋光度是 + 53°。因此，通過測定物質的某些物理量，反過來鑒定未知化合物和判斷化合物的純度，這就顯得很有意義。對電離度和電離平衡常數(shù)、難溶物的溶度積、化學反應速率等化學常數(shù)的測定，將有利于學生加深對化學基礎知識和基本理論的理解，有利于熟悉一些簡單儀器的使用方法。8.1 熔點、沸點的測定

2、(微量法)實驗目的1. 理解熔點與沸點的定義；2. 掌握毛細管法測定熔點與沸點的原理和方法；3. 了解溫度計的校正方法。實驗原理當固體物質加熱到一定的溫度時，從固態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)，此時的溫度稱為該物質的熔點。熔點的嚴格定義是：在101.325 kPa 下，固液兩態(tài)間的平衡溫度。純凈的固體化合物都有固定的熔點，固液兩相間的變化非常敏銳，從初熔到全熔的溫度范圍（稱熔距或熔程）一般不超過0.5 1（除液晶外）。當混有雜質后，熔點降低，熔程增長。因此可以通過測定熔點，鑒別未知的固體化合物和判斷化合物的純度。液體受熱時，它的蒸氣壓就隨溫度的升高而增大。當液體的蒸氣壓增大到與外界施加于液面的總壓力（通常是大氣

3、壓力）相等時，液體內部就會冒出大量氣泡，此即沸騰。沸騰時的溫度就是該液體的沸點。 圖 熔點測定裝置 圖 8.1.2 沸點測定裝置 實驗儀器與試劑1. 儀器b形管 (Thiele管) 水銀溫度計 (200 ) 酒精燈 表面皿 玻璃管 (40 cm)毛細管 ( 1 mm)2. 試劑苯甲酸 (A.R) 甘油 無水乙醇實驗內容1. 熔點測定(1). 制作毛細管：取一根長約5 cm ，內徑1 mm的毛細管，用酒精燈熔封一端。熔封時將毛細管斜向上呈45o角，在小火邊緣一邊加熱，一邊來回轉動，使封口厚薄均勻、圓滑美觀。(2). 裝樣：取0.1 0.2 g已干燥并研成粉末的待測樣品，放在干燥、潔凈的表面皿上，

4、并聚成一小堆。將毛細管的開口端朝下，在樣品堆中輕輕地插幾下，就會擠入一部分樣品。然后再將開口端朝上，讓其在長約40 cm的玻璃管中做自由落體運動于一干凈的表面皿上。重復取樣和自由跌落幾次，直至樣品緊密沉于底部。樣品高度為2 mm 3 mm（以2 mm為宜）。(3). 準備測定裝置：毛細管用小橡皮圈固定于溫度計下端，要求樣品部位處于水銀球的中部，見圖。往b形管中加入甘油作為載熱體（也稱浴液），高度達到叉口處下邊即可。把溫度計連同帶孔的磨口玻璃塞固定于b形管上，并使水銀球位于b形管上下兩叉口管的中部。(4). 測定熔點：確信測定裝置無誤后，再以小火緩慢加熱。開始升溫可以較快，到距熔點15 左右，調

5、整火焰，保持升溫速度1 2 。越接近熔點，升溫速度應越慢(這是準確測定熔點的關鍵)。記下樣品開始萎縮塌落并有液相產生（初熔）時和固體完全消失（全熔）時的溫度計讀數(shù)。特別要注意樣品在初熔前是否有變色發(fā)泡、萎縮、軟化或放出氣體等分解現(xiàn)象。熔點的測定，至少要重復兩次。兩次數(shù)據(jù)應在誤差范圍內(不超過1)。每次測定都必須用新的毛細管另裝樣品進行測定。絕不能使用已測過熔點的毛細管。重復測定時，浴液溫度比所測物質熔點至少要低30。測定未知物的熔點時，可用較快加熱速度粗測一次，得到大致熔點范圍后，再進行精確的測定。熔點測定完畢，待溫度計冷卻后，應先擦去浴液，再用水沖洗。浴液冷卻后應倒入指定的回收瓶內。2. 沸

6、點的測定 沸點測定裝置與熔點測定裝置基本相同，不同之處是測定熔點用的毛細管被沸點管所代替。沸點管由內管和外管組成，內管是長約4 cm、內徑1 mm、一端熔封的毛細管，外管是長約6 cm、內徑4 mm、一端熔封的玻璃管。測定時，在外管中滴入5滴的待測液，再把內管開口向下插入外管的待測液中。應使外管中所裝的待測液的中線對準溫度計水銀球的中部，并用橡皮筋固定。如同測定熔點的溫度計裝置。于浴液中緩慢加熱。此時內管中有小氣泡逸出。當氣泡成串快速逸出時，停止加熱，使自然冷卻，當氣泡不再冒出而液體剛要進入內管的瞬間記下溫度計的讀數(shù)，即為該液體的沸點。不必更換儀器及樣品，再測定一次。兩次數(shù)據(jù)應在誤差范圍內(不

7、超過1)。溫度計的校正溫度計的熔點讀數(shù)常與真實熔點之間有一定的偏差。這是由于溫度計的刻度不準確或其毛細孔徑不均勻；露出液面的水銀柱因周圍溫度較低而膨脹不均勻（導致所示的溫度比實際溫度低）所致的。因此要對溫度計進行校正。方法如下：1. 與標準溫度計比較 把標準溫度計與被校正的溫度計放于熱裕中，緩慢均勻加熱，每隔5分別記下兩支溫度計的讀數(shù)，標出偏差量t 。t 被校正的溫度計的溫度 標準溫度計的溫度以被校正的溫度計的溫度作縱坐標，t為橫坐標，畫出校正曲線以供校正用。2. 擇幾種已知熔點的純凈化合物作為校正標準。以測得的熔點與標準熔點的差值為橫坐標，以測得的熔點為縱坐標，作出曲線。在某一溫度時的校正值

8、可以通過曲線直接讀出。校正溫度計的標準化合物的熔點見下表表 常見標準化合物的熔點樣品熔點/樣品熔點/水-冰-萘胺二苯胺苯甲酸苯脂萘間二硝基苯二苯乙二酮-萘酚050537080909596乙酰苯胺苯甲酸尿素二苯基羥基乙酸水楊酸酚酞蒽蒽醌114122132150159215262 263286思考題1. 第一次使用過的熔點測定管，能否等到樣品凝固后用于第二次測量？2. 下列各種情況對熔點的測定有何影響？ 毛細管未完全熔封 毛細管不干凈 加熱太快 樣品裝得不緊密 毛細管壁太厚8.2 HAc電離度和電離常數(shù)的測定實驗目的1. 加深對電離度和電離常數(shù)的理解；2. 掌握測定乙酸電離度和電離常數(shù)的原理及方法

9、；3. 學會正確使用酸度計。實驗原理乙酸（常用HAc表示）是弱電解質。當溫度一定時，HAc在水溶液中存在以下電離平衡： H2O（aq） + HAc（aq）= H3O+（aq） + Ac（aq）其電離平衡常數(shù)K a與電離度的關系為： 當< 5 %時， (HAc) = c 式中：c(H+) 平衡時H+的濃度；c(Ac-) 平衡時Ac-的濃度；c(HAc) 平衡時HAc的濃度。若HAc的起始濃度為co ，并且忽略水離解所產生的H+，則達到平衡時，溶液中(H+) = c (Ac) ， c (HAc) = coc (H+) 。測定出已知濃度的HAc溶液的值，便可算出它的電離度和電離常數(shù)。實驗儀器與

10、試劑1. 儀器酸度計 酸式滴定管（50 mL） 玻璃電極 燒杯（50 mL） 溫度計 容量瓶（50 mL）2. 試劑HAc標準溶液（0.1 mol · L-1已標定）標準緩沖溶液 (253. 其他碎濾紙片實驗內容1 熟悉酸度計的結構原理及使用方法（參見3.2節(jié)）。2 不同濃度的HAc溶液的配制用酸式滴定管分別取37.50 mL，25.00 mL，12.50 mL，5.00 mL的HAc標準溶液于四個潔凈的50 mL容量瓶中，加蒸餾水稀釋至刻度線，搖勻，并計算各份溶液的濃度。3 測定HAc溶液的pH值用五個干凈的50 mL燒杯，分別取30 mL上述四種濃度的HAc溶液及一份原液。按由稀

11、到濃的順序，在酸度計上分別測定各溶液的pH值，并填入下表，由pH值計算c(H+)。結果與分析1. 將實驗數(shù)據(jù)填入表中，計算出溶液的c(H+)。2. K a（HAc）和a（HAc）值。表 HAc電離度和電離常數(shù)的測定溶 液編 號取HAc標準溶液體積/ mLc（HAc）/ mol · L-1pHc（H+）/ mol · L-1K （HAc）a（HAc）測定值平均值1原液 237.50325.00412.5055.00注釋 思考題1. 測定HAc溶液的pH值時，為什么要采取濃度從稀到濃的順序進行?2. 如何確定酸度計已校正好？8.3 原電池電動勢的測定實驗目的1了解和掌握原電池電

12、動勢的測量方法2學會一些電極的制備和處理方法3掌握常用電位計的測量原理和正確使用方法8.3.2 實驗原理當一個氧化還原反應以原電池方式進行時，在正負兩電極上產生一個電位差。這個電位差的大小是由氧化還原反應的趨勢所決定： Gm = - nFE式中：Gm 該氧化還原反應的自由能變量n 反應中轉移的電子數(shù)目F 法拉第常數(shù)E 原電池的電動勢電動勢的測量是電位分析法的基礎。當電池沒有接通外電路，即未形成電流時，原電池的正負極之間的電位差在數(shù)值上與該電池的電動勢相同。因此只要能測得不產生電流時原電池正負極之間的電位差，也就測得了該電池的電動勢。只有在可逆情況下，電池的電動勢才能符合上述關系式，當測得了電池

13、的電動勢后，就可以計算電池的氧化還原反應的熱力學數(shù)據(jù)。為了滿足可逆電池的條件要求，待測量電動勢的電池須在恒溫、恒壓條件下，電極反應才是可逆的，而且不存在任何不可逆的液接界面，這時電池中只有無窮小的電流產生，這時電池兩極的電位差才能作為電池的電動勢進行測量，所以在實際測量時，常用鹽橋來減少液接電位。電位差的測量不能直接用伏特計進行，由于伏特計等儀器是以電流作為測量基礎的，測量時會在電池中產生較大的電流，從而使電池反應成為不可逆，測得的兩極電位差則不是電池的電動勢。而采用電位差計則可以使電池的電流減少到零或極小，這時測得的電位差才可以認為是電池的電動勢。8.3.3 實驗儀器和試劑1 儀器電位差計

14、標準電池 鋅電極和銅電極 飽和KCl鹽橋 燒杯（150 mL、50 mL）2 試劑ZnSO4 （0.100 mol · L-1 ） CuSO4 （0.100 mol · L-1 ）3其他吸水紙 實驗內容1熟悉電位差計的結構原理及使用方法。2電極制備(1) 鋅電極用稀硫酸浸洗鋅電極以除去表面上的氧化膜，取出后用水洗滌，再用蒸餾水淋洗，然后浸入飽和硝酸亞汞溶液中3 5 s，取出后用濾紙擦拭鋅電極（汞有毒，用過的濾紙應投入指定的有蓋的廣口瓶中，瓶中應有水淹沒濾紙，不要隨便亂丟?。?，使鋅電極表面上有一層均勻鋅汞齊，再用蒸餾水淋洗，把處理好的鋅電極插入蒸餾水備用。(2) 銅電極將銅電

15、極在約6 mol · L-1的硝酸溶液內浸洗，除去氧化層和雜物，然后取出用水沖洗，再用蒸餾水淋洗。將銅電極置于電鍍燒杯中作陰極，另取一個經(jīng)清潔處理的銅棒作陽極，進行電鍍，電流密度控制在20 mA · cm-2為宜。電鍍0.5 h，使銅電極表面有一層均勻的新鮮銅，再取出。把處理好的銅電極插入蒸餾水備用。2電池的制備將預先制備好的Zn電極插入盛有0.100 mol · L-1 ZnSO4溶液的150 mL燒杯中，再將預制的Cu電極插入另一盛有0.100 mol · L-1 CuSO4溶液150 mL燒杯中，最后用飽和KCl鹽橋將兩燒杯中的溶液連通，即得CuZ

16、n原電池，其結構如下圖所示。圖 8.3.1 Cu-Zn原電池示意圖3連接電位差計電位差計可用成套的裝置，也可以用各種元件進行組合得到，根據(jù)圖將電位差計連接好，并與已經(jīng)制好的CuZn原電池連接好（特別注意正負極接線要正確）。4校準電位差計 將雙刀雙擲開關Kd擲向標準電池，調節(jié)R2的觸頭（或刻度旋鈕）為標準電池的標準電動勢（25 oC時為1.0183 V）。先按下K1，調節(jié)R1使檢流計G的電流等于零，然后按下K2，再調節(jié)R1使檢流計G中無電流通過。斷開K1、K2，這時電位差計已得到校正（R1的位置不能變動了）。5測量將雙刀雙擲開關Kd擲向待測電池，按下K1，迅速調節(jié)R2，使檢流計G的讀數(shù)接近零，然

17、后按下K2，迅速調節(jié)R2使檢流計G的讀數(shù)準確地為零，立即斷開K1、K2及Kd。記錄R2的讀數(shù)，即為該待測電池的電動勢。8.3.5 結果與分析1記錄電池電動勢的測量數(shù)據(jù)列于表8.3.1。表 8.3.1 電動勢的測量數(shù)據(jù)記錄表電極溶液溶液濃度c /（mol·L 1）T / KE / mv正極負極2計算Gm和K利用原電池的電動勢測定，可以計算電池反應的自由能變量和反應的平衡常數(shù)。 自由能變量Gm = - nFE Gm = 2.303RTlgK 平衡常數(shù)式中：K 平衡常數(shù)n 電池反應轉移的電子數(shù)F 法拉第常數(shù)R 氣體常數(shù)T 絕對溫度注釋1根據(jù)電化學基本知識，初步估算一下被測電池的電動勢大小，

18、以便在測量時能迅速找到平衡點，這樣可避免電極極化。2選擇最佳實驗條件使電極處于平衡狀態(tài)，如制備鋅電極要鋅汞齊化，成為Zn（Hg），這樣鋅電極易建立平衡。銅電極也要求在平整清潔的表面鍍上新鮮銅，用前在溶液中浸沒0.5 h，使其建立平衡。3為判斷所測量的電動勢是否為平衡電勢，一般應在15 min左右的時間內，等間隔地測量7 8個數(shù)據(jù)。若這些數(shù)據(jù)是在平衡值附近擺動，偏差小于±0.0005 V，則可認為已達到平衡，可取其平均值作為該電池的電動勢。思考題1如何利用原電池電動勢的測定結果求算電池反應的rHm和rSm？2如果采用萬用表的伏特檔測量原電池的電動勢會產生什么樣的結果？3在用電位差計測量

19、電動勢過程中，若檢流計的光點總是向一個方向偏轉，可能是什么原因？8.4 蔗糖水解反應速率常數(shù)的測定 實驗目的1. 了解旋光儀的結構原理，熟悉其使用方法2. 理解旋光度、比旋光度的概念3. 掌握用物質的旋光度間接測定反應速率的方法 實驗原理旋光性是具有光學活性物質的一種特殊性質，當一束偏振光通過旋光性物質時，它們可以把偏振光的振動面旋轉一角度，旋轉的角度稱為旋光度，向右旋者稱為右旋物質，旋光度取正值，向左旋者稱為左旋物質，旋光度取負值。物質的旋光度取決于物質的本性，此外還與測定條件有關，如：測定時的溫度、光源的波長等。如果待測物質為溶液，當波長、溫度恒定時其旋光度與溶液的濃度和光線經(jīng)過溶液的厚度

20、成正比。當溶液濃度與厚度一定時，則旋光度為一定值。通常把偏振光通過厚度為1 dm、濃度為1 g/mL的旋光物質的溶液時的旋光度定義為比旋光度，以表示，則 （8.4.1）式中：l 光線通過溶液的厚度，即旋光管的長度； 旋光度； t 測定時的溫度； 光源的波長；物質的比旋光度可以從手冊上查出。由于在一定的條件下，旋光度與濃度成正比，測定旋光度可以測定溶液的濃度，因此，利用旋光度可以測定反應的速率常數(shù)。蔗糖的水解反應：C12H22O11 H2O H+ C6H12O6 C6H12O6蔗糖（A） 葡萄糖（C） 果糖（D）這是一個二級反應。由于反應中的H2O是大量存在的，其量遠大于蔗糖，H2O的濃度可看作

21、常數(shù)，而且H+是催化劑，其濃度也保持不變。因此上述反應可看作一級反應（準一級反應），其速率方程可表示為： （8.4.2）C為時間t時的反應物濃度，k為反應速率常數(shù)。經(jīng)積分得 lnC = k t + lnCo即 （8.4.3）C0為反應開始時的反應物濃度。根據(jù)上式，只要測得不同反應時刻蔗糖的濃度，即可求出反應速率常數(shù)k 。本實驗是把一定濃度的蔗糖溶液與一定濃度的HCl溶液等體積混合，并測定混合液的旋光度隨時間的變化，再根據(jù)旋光度隨時間的變化關系推算出蔗糖的酸催化水解程度。蔗糖具有右旋光性， = 66.55o,水解產生的葡萄糖也為右旋光性, = 52. 5o。而果糖為左旋光性， = 91.9o，由

22、于果糖的左旋光性比葡萄糖的右旋光性大，所以隨著反應的進行，右旋數(shù)值逐漸減小，最后變成左旋，因此蔗糖的水解反應又稱為轉化反應。在相同的測定條件下，旋光度與物質的濃度成正比，如果設0、t、分別為反應開始時、t時、反應終了時溶液的旋光度，K蔗、K葡 、K果分別為蔗糖、葡萄糖、果糖的旋光度與濃度之間的比例系數(shù)，則 0 =K蔗 C0(t=0,蔗糖尚未轉化) t =K蔗(C0C)+(K果+K葡)C =(K果+K葡) C0 (t=,蔗糖已完成轉化)將上述三式合并，消去K，則得 （8.4.4）將式代入式，則得 （8.4.5）整理后，得 ln (t)= k t + ln (0 ) （8.4.6）若測得不同時刻的

23、t、，以ln（t）對t作圖，從所得直線的斜率即可求出蔗糖水解反應的反應速率常數(shù)k值。如果測出不同溫度的k值，利用阿侖尼烏斯（Arrhenius）公式則可求出此反應在該溫度范圍內的平均活化能Ea。 以lnk對作圖，可得一直線,從直線的斜率可求反應活化能Ea。實驗儀器與試劑1. 儀器WZZ2自動旋光儀 旋光管 容量瓶（50 mL l 00 mL）燒杯（50 mL） 移液管（25 mL）2. 試劑蔗糖（C.P） HCl溶液(4.0 mol · L-1)實驗內容1. 熟悉“WZZ2自動旋光儀”的結構原理和使用方法（參見3.4節(jié)）。2. 蔗糖溶液的配制稱取20.00 g蔗糖于50 mL燒杯中，

24、加水溶解，轉移到100 mL容量瓶中，稀釋定容。再分別稱取7.5 g、5.0 g和2.5 g蔗糖于三個50 mL燒杯中，加H2O溶解后分別在50 mL容量瓶中定容。得到20 %、15 %、10 %和5 %蔗糖溶液。3. 測定蔗糖溶液的比旋光度(1) 儀器清零 開啟WZZ2自動旋光儀，待鈉光燈穩(wěn)定后，打開測量開關，數(shù)碼管上應有數(shù)字顯示，按清零按鈕清零；將蒸餾水裝入旋光管（最好不要有氣泡），蓋緊（注意兩端的蓋玻片，以防跌碎），擦干，放入樣品室，注意位置和方向，按清零按鈕清零（注意：若旋光儀不是自動的，則要調平衡點，記下該平衡點時的旋光度，即為儀器的零點。）。取出旋光管，倒出蒸餾水，備用。(2) 蔗

25、糖溶液的比旋光度測定 將以上配制好的蔗糖溶液按從稀到濃的次序分別裝入旋光管，測出旋光度，即溶液的旋光度，按（8.4.1）式計算蔗糖的比旋光度，并從四個不同濃度的溶液計算的平均值，要求得到的結果誤差在±1以內，才能進行下面的實驗。（由于的溫度系數(shù)小，不必進行溫度校正，可與20的文獻值比較）。4. 蔗糖水解反應的速率常數(shù)k值測定(1) t的測定 用移液管移20 %蔗糖溶液液25.00 mL于100 mL燒杯中，接著用另一移液管移取4 mol · L-1的HCl 25.00 mL于此燒杯中，加入一半時按下秒表記時，拌勻，并迅速用此液洗旋光管2遍，裝滿旋光管（注意：剩下的混合液此時

26、要倒入50 mL錐型瓶中，放入約55水浴中加熱30 min以上，用于測定），蓋緊，擦干，放入樣品室，即可讀出旋光度t。記錄2，3，4，520 min所對應的旋光度（既每分鐘記錄一次），當旋光度變化較慢時，可改為每23分鐘記錄一次，直至旋光度為負值，再記錄23個負旋光度值。(2) 的測定 將上述剩下的加熱過的蔗糖鹽酸混合液冷卻至室溫，倒入旋光管（旋光管要先用此液洗2遍）裝滿，蓋緊，擦干，放入樣品室，即可讀出旋光度 。實驗結束后，洗凈旋光管并裝入蒸餾水。若實驗中使用其他旋光儀，請按相關儀器說明書操作。結果與分析1 將時間t、旋光度、（t-）、ln（t-）列成表；2以時間t為橫坐標，ln（t-）為縱

27、坐標作圖得一直線，從直線的斜率即可求出實驗溫度（室溫）時，在4.0 mol·L1 HCl溶液中，蔗糖水解反應的速率常數(shù)k；3利用k值求出半衰期。即當c=1/2 · c0時，t1/2可用（半衰期）表示： t1/2 = 思考題1. 蔗糖水解反應的反應速率常數(shù)k值與哪些因素有關？2. 根據(jù)蔗糖、葡萄糖、果糖的比旋光度數(shù)據(jù)如何計算值？8.5 電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù)8.5.1 實驗目的1. 測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù)，了解反應活化能的測定方法2. 了解二級反應的特點，學會用圖解法求出二級反應的反應速率常數(shù)3. 熟悉EC215微電腦電導率儀的使用方法8.5.2 實驗原

28、理乙酸乙酯皂化反應是二級反應，反應式為： CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH設在時間t時生成物的濃度為x ,則該反應的動力學方程為： （8.5.1）式中ca、cb分別為乙酸乙酯與NaOH的起始濃度，k為反應速率常數(shù)。若ca = cb ,則式（8.5.1）變?yōu)椋?（8.5.2）積分式（8.5.2）得： k = （8.5.4）由式（8.5.4）可以看出，由實驗測出不同t時的x值，即可算出不同t值時的k值。如果k值為常數(shù)，即可證明該反應為二級反應。通常采用以對t作圖，若所得為一直線，也可證明該反應為二級反應，并可以從直線的斜率求出k值。不同時間下生成物的濃度可用化

29、學分析法測定（如分析反應液中OH 濃度），也可以通過間接測量溶液的電導來求得。本實驗采用電導率法測定。在整個皂化反應體系中，由于是在稀的水溶液中進行的，因此可以認為CH3COONa是完全離解的，故參與導電的離子有Na+、OH 和CH3COO ，Na+在整個反應前后濃度不變。隨著反應的進行OH不斷減少，CH3COO不斷增加。由于OH的淌度比CH3COO大得多，故體系的電導值不斷下降。顯然，體系電導值的減少量和CH3COONa濃度的增大成正比，即 t = t時，= K(0 t) （8.5.5） t時，ca = K(0 ) （8.5.6）式中：0起始時的電導率； tt時的電導率； t即反應終了時的電

30、導率； K比例常數(shù)。將式（8.5.5）、（8.5.6）代入式（8.5.4）得 k t = =或寫作 = （8.5.7）由直線方程式（8.5.7）可以看出，只要測定了0、以及一組t值以后，利用(0 t)(0 )對t作圖，若該反應為二級反應，則應得到一條直線，直線的斜率即是速率常數(shù)k與起始濃度ca的乘積。k的單位為Lmol-1min-1。反應速率常數(shù)k與溫度T的關系一般符合阿侖尼烏斯方程，即 （8.5.8）式中：Ea為反應的表觀活化能；R為氣體常數(shù)。可見，測定不同溫度下的速率常數(shù)k，代入式（8.5.8）即可計算出反應的活化能。實驗儀器與試劑1. 儀器EC215微電腦電導率儀 HI 76303含溫度

31、探棒的四環(huán)鉑金電極 秒表燒杯（100 mL） 20 cm試管（=2 mm） 移液管（25 mL）2. 試劑NaOH (0.0100 molL-1 , 0.0200 molL-1) NaAc (0.0100 molL-1)CH3COOC2H5 (0.0200 molL-1) KCl (0.0100 molL-1) 實驗內容1. 熟悉“EC215微電腦電導率儀”的結構原理和使用方法（參見3.6節(jié)）。2. 電導率儀標定將EC215微電腦電導率儀電源接好，安裝好電導電極，按ON/OFF鍵開啟儀器。將電極用0.01 molL-1 KCl標準液淋洗2 3遍，每次1 2 mL,插入裝有0.01 molL-1

32、 KCl標準液的潔凈干燥的專用試管中，電極浸入溶液的深度以外套上的小孔浸沒液體0.5 cm左右為宜，并用電極輕觸試管底部，排出套內的氣泡。調節(jié)TEMPERATURE到2 %/，將測量范圍調至1999us，旋轉“CALIBRATION”鍵，使顯示屏上的數(shù)值與實驗溫度（室溫）下0.01 molL-1 KCl標準液的電導率值相等即可（0.01 molL-1 KCl標準液的電導率值參見、附錄“KCl溶液的電導率”）。取出電極，先用水淋洗12遍后，將電極置蒸餾水中備用。2. 0與的測量電極用少量的0.0100 mol · L-1的NaAc液淋洗2 3遍，將0.0100 mol · L

33、-1的NaAc裝入潔凈干燥的專用試管中，插入電極，電極浸入溶液的深度和使用方法與標定時相同，此時顯示屏上的數(shù)值即為。按上述同樣操作，測定0.0100 mol · L-1 NaOH溶液的電導率為0。取出電極，先用水淋洗1 2遍后，將電極置蒸餾水中備用。3. t的測量先量取NaOH溶液25.00mL于100mL小燒杯中,加入乙酸乙酯液25.00mL（注意：加入一半時看表記時），混勻。用此混合液淋洗電極23遍后，將此混合液倒入另一潔凈干燥的專用試管中，插入電極（電極浸入溶液的深度和使用方法與上述相同），分別記錄3 min，6 min，9 min，12 min，15 min，18 min，2

34、1 min，24 min，27 min，30 min，40 min，50 min時顯示屏上的電導率值（t）。反應結束后，傾去反應液，電導池用蒸餾水洗后，重新測量,看是否與反應前測量的值一致。實驗結束后，應將電極浸入蒸餾水中。圖 8.5.1 雙管皂化池 圖 8.5.2 將CH3COOC2H5壓入A支管示意圖4. 活化能測定（選做）若時間允許，可依上述操作步驟實驗在溫度為30的恒溫槽中進行，此時可測定30的反應速率常數(shù)。5. 若采用DDS11A型電導率儀，則上述操作步驟均須在恒溫槽中進行,具體操作請參照相關儀器說明書。電導池常用雙管皂化池，如圖所示： 結果與分析1. 0與的測定測定溫度：t = _

35、 °C測得： 0 =_Scm-1 開始 =_Scm-1 結束 =_Scm-12. t的測量表 8.5.1 t測量數(shù)據(jù)記錄表t/min0/Scm-1tScm-10tScm-13691215182124273040503. 反應級數(shù)的測量以（0t）/ (t) 對t作圖，得一直線，即可證明CH3COOC2H5皂化反應為二級反應。由直線的斜率算出反應速率常數(shù)k1。4. 活化能的測定（選做）（1）按數(shù)據(jù)記錄及處理1 3步算出30的反應速率常數(shù)k2。（2）將k1 、k2代入式（8.5.8），計算反應的活化能。注釋1 所用NaOH溶液應保證無碳酸鹽等雜質?？捎梅治黾僋aOH配成18molL-1左右

36、的濃溶液，密封放置，使雜質沉淀。使用時取上部清液稀釋。所用CH3COOC2H5亦應為新配，不宜放置太久。2 實驗亦可采用交流電橋法測定電導。 思考題1. 若電導率儀無溫度補償，則實驗要在恒溫下進行，而且CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前還要預先恒溫，為什么？2. 如果NaOH和CH3COOC2H5起始濃度不相等，試問應如何計算k值？8.6 分光光度法測定蔗糖酶的米氏常數(shù)8.6.1 實驗目的1. 用分光光度法測定蔗糖酶的米氏常數(shù)KM和最大反應速率vmax 。2. 了解底物濃度與酶反應速率之間的關系。3. 掌握UV9100紫外可見分光光度計或72型分光光度計的使用方法。 實驗原理酶是生物體

37、內長生的具有催化活性的一類蛋白質。這類蛋白質表現(xiàn)出特異的催化功能，因此把酶叫做生物催化劑。它和一般催化劑一樣，在相對濃度較低的情況下，僅能影響化學反應速度，而不改變反應平衡點，并在反應前后本生不發(fā)生變化，但酶的催化效率比一般催化劑要高1071013倍，且具有高度的選擇性，一種酶只能作用某一種或其一類特定的物質。又由于酶是一類蛋白質，所以催化反應一般在常溫、常壓和近中性的溶液條件下進行。 酶反應速率與底物濃度、酶濃度、溫度及pH值等因素有關，因此在實驗中必嚴格控制這些條件。 在酶催化反應中，底物濃度遠遠超過酶的濃度，在指定實驗條件下，酶的濃度一定時，總的反應速率隨底物濃度的增加，直到底物過剩，此

38、時底物濃度的進一步增加就不再影響反應速率了，此時的反應速率最大，以vmax表示，如圖8.6.1所示。圖中v為反應速率，S為底物弄物濃度。在反應達到最大速率vmax之前的速率，一般稱為初始速率。米切利斯（Michaelis）應用酶反應過程中形成中間絡合物的學說，導出了著名的米氏方程，這個方程直接給出了酶反應速率和底物濃度的關系，即： （8.6.1） 圖 8.6.1 酶反應速率與底物濃度的關系 圖 8.6.2 1/與1/ cs 關系圖式中KM為米氏常數(shù)，在指定條件下，對每一種酶反應都有它的特定的KM值，與酶的濃度無關，因此它對研究酶反應動力學有很大的實際意義。 由（8.6.1）式不難看出，米氏常數(shù)

39、是反應速率達到最大值的一半時的底物濃度，即當v = 0.5vmax 時，KM = cs,(KM的單位與底物濃度的單位一致)?；谶@一點，測定不同底物濃度時的酶反應速率，利用作圖法，求出vmax ,在 0.5vmax 處的相應位置上就可以求出KM的近似值。但用這種方法并不理想，因為即使是用很大的底物濃度，也只能求得KM的近似值。 為了準確求得KM值，可采用雙倒數(shù)作圖法，即將方程（8.6.1）改寫成直線方程： （8.6.2） 以1v為縱坐標，1cs為橫坐標作圖得圖，所得的直線截距是，斜率為 直線與橫坐標的交點為。 本實驗用的蔗糖酶是一種水解酶，它能使蔗糖水解成葡萄糖和果糖，反應式如下： 該反應的速

40、率可以用單位時間內葡萄糖（產物）濃度的增加來表示。葡萄糖是一種還原糖，它與3,5-二硝基水揚酸共熱（100）后被還原成棕紅色的氨基化合物，在一定濃度范圍內，還原糖（葡萄糖）的量和棕紅色物質顏色的深淺程度成一定比例關系，因此可以用分光光度法來測定反應在單位時間內生成葡萄糖的量，從而計算出反應速率。所以測量不同底物（蔗糖）濃度cs的相應反應速率v，就可以利用（8.6.2）式，將對作圖，從而計算出米氏常數(shù)KM值。實驗儀器與試劑1. 儀器高速離心機 UV9100紫外可見分光光度計或721型分光光度計 恒溫水浴鍋 移液管（1 mL，2 mL） 燒杯（100 mL）移液管（2 mL） 比色管（25 mL）

41、 恒溫箱試管（1.0×10 cm） 容量瓶（50 mL，1000mL） 秒表 分析天平（或電子天平） 量筒（10 mL，100mL） 軟木塞2. 試劑3，5-二硝基水楊酸試劑（即DNS） 0.1 molL-1醋酸緩沖液 酒石酸鉀鈉蔗糖酶溶液（25單位毫升） 蔗糖（分析純） 亞硫酸鈉葡萄糖（分析純） NaOH（2.00 mol · L-1) 醋酸鈉（AR） 鮮酵母 甲苯（AR） 重蒸酚 實驗內容1. 蔗糖酶的制取。在50 mL錐形瓶中加入鮮酵母10 g ，加入0.8g醋酸鈉，攪拌1520 min后是使團塊溶化，加1.5 mL甲苯，用軟木塞將瓶口塞住，搖動10 min, 放入3

42、7°C的恒溫箱中保溫60 h。取出后加1.6 mL 4molL-1醋酸和5 mL水，使pH為4.5左右。將裝有混合物的錐形瓶放入離心機內，以每分鐘3000轉的離心速度離心半小時。離心后混合物形成三層，將中層移出，注入試管中，即為粗制酶液。2. 溶液的配制（1）0.1葡萄糖標準液（1mgmL-1）：預先在90 溫度下將葡萄糖烘1 h,然后準確稱取1.0000 g于100 mL燒杯中，用少量蒸餾水溶解后，定量轉移至1000 mL容量瓶中，稀釋至刻度。（2）3,5-二硝基水楊酸（DNS）試劑：稱取6.3 g DNS試劑，用量筒量取262 mL的2 molL-1 NaOH，將這兩者加到酒石酸

43、鉀鈉的熱溶液中（182 g酒石酸鉀鈉溶于500 mL水中），再依次加入5 g重蒸酚和5 g亞硫酸鈉，微熱攪拌溶解，冷卻后加蒸餾水定容到1000 mL，貯于棕色瓶中備用。（3）0.1 molL-1蔗糖液：準確稱取34.2 g蔗糖于100 mL燒杯中，加少量蒸餾水溶解后，定量轉移到1000 mL容量瓶中，稀釋至刻度。3. 葡萄糖標準曲線的制作。取9個50 mL容量瓶，編號，按表依次加入0.1%葡萄糖標準液及蒸餾水，定容后得到一系列不同濃度的葡萄糖溶液。 分別吸取上述不同濃度的葡萄糖液1.0 mL注入9支試管內，另取一支試管加入1.0 mL蒸餾水，然后在每支試管中加入1.5 mL DNS試劑，混合均

44、勻，在沸水浴中加熱5 min后，取出以冷水冷卻，每管內再注入蒸餾水2.5 mL，搖勻。在分光光度計上測定540 nm處的吸光值A，根據(jù)測量結果作出標準曲線。表 不同濃度葡萄糖溶液的配制No.V（0.1%葡萄糖液）/mLV（H2O）/ mL葡萄糖最終濃度/ gmL-115.045.0100210.040.0200315.035.0300420.030.0400525.025.0500630.020.0600735.015.0700840.010.0800945.05.09004. 蔗糖酶米氏常數(shù)KM的測定 按表數(shù)據(jù)依次在9支試管中加入0.1 molL-1蔗糖液、0.1 molL-1醋酸緩沖液（p

45、H4.6），總總體積達2.00 mL，置于35水浴中預熱，另取預先制備的酶液在35水浴中保溫10 min，依次向試管中加入稀釋過的酶液各2.0 mL，準確作用5 min（用秒表記時）后，再按次序加入0.5 mL 2 molL-1NaOH溶液，搖勻，令酶反應中止。測定時，從每支試管中吸取0.5 mL酶反應液加入盛有1.5 mL DNS試劑的25 mL比色管中，并加入1.5 mL蒸餾水，在沸水浴中加熱5 min后用冷水冷卻，再用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。然后用分光光度計逐一測定540 nm處的吸光值。 表 8.6.2 反應物溶液的配制數(shù)據(jù)表No：123456789V（蔗糖標準溶液*）/mL00.20

46、.250.300.350.400.500.600.80V（緩沖液*）/mL2.001.801.751.701.651.601.501.401.20注 * 蔗糖標準溶液濃度為0.1 molL-1* 醋酸緩沖液pH值為4.6結果與分析根據(jù)上述各反應液測得的吸光值，在葡萄糖標準曲線上查出對應的葡萄糖濃度，結合反應時間計算其反應速率v，并將對應的底物（蔗糖）濃度cs，一并以表格形式列出，將1/v對1/cs作圖。然后由直線斜率和截距求出KM和vmax值。附注：表 8.6.3 某些酶的KM值酶底 物 KM/（molL-1）麥芽糖酶麥芽糖 2.1 ×10-1蔗糖酶蔗 糖 2.8× 10-2磷酸酯酶 磷酸甘油 < 3.0× 10-3乳酸脫氫酶丙酮酸 3.5× 10-5琥珀酸脫氫酶琥珀酸 5.0× 10-7摘自：南京藥學院