蔗糖轉(zhuǎn)化速率的測(cè)定

/蔗糖轉(zhuǎn)化速率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化的反應(yīng)速率和半衰期。了解反應(yīng)的反應(yīng)物濃度和旋光度之間的關(guān)系。了解旋光儀的基本原理,掌握旋光儀的使用方法。實(shí)驗(yàn)原理在動(dòng)力學(xué)中,確定反應(yīng)速率的基礎(chǔ)是反應(yīng)開始后經(jīng)過(guò)不同時(shí)間反應(yīng)物濃度的變化.在實(shí)際過(guò)程中，隨著反應(yīng)物濃度在反應(yīng)過(guò)程中的變化，導(dǎo)致某些物理量的變化。如果這些物理量是濃度的單值函數(shù),又不受體系中其他物質(zhì)的影響，通過(guò)測(cè)定某些物理量在反應(yīng)過(guò)程中的變化,可簡(jiǎn)便迅速的達(dá)到測(cè)定反應(yīng)速率的目的。本實(shí)驗(yàn)利用旋光儀測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化率過(guò)程中,體系旋光度的變化來(lái)求得該反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)K及半衰期ｔ1／2。蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)為:這是個(gè)二級(jí)反應(yīng)，在純水中此反應(yīng)速率很慢，需要催化。由于反應(yīng)時(shí)水是大量存在的,盡管有部分的水分子參加了反應(yīng)，但可近似認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中水的濃度是恒定的。而H+是催化劑，濃度不變。因此蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)可以看做準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)。一級(jí)反應(yīng)的速率方程為:（1）式中：K為反應(yīng)速率常數(shù).CA為時(shí)間t的反應(yīng)物濃度。將(1)式積分得:（2)式中C0A為反應(yīng)開始時(shí)蔗糖濃度。當(dāng)時(shí),t可用t1／2表示，即為半衰期蔗糖及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物都含有不對(duì)稱碳原子，它們都具有旋光性，但是它們的旋光能力不同，故可利用體系在反應(yīng)過(guò)程中旋光度的變化來(lái)度量但應(yīng)的進(jìn)程.測(cè)量物質(zhì)所用的儀器稱為旋光儀。當(dāng)其他條件固定時(shí)，旋光度α與反應(yīng)物濃度C呈線性關(guān)系：α＝KC式中比例常數(shù)K與物質(zhì)的旋光能力，溶劑性質(zhì),樣品管長(zhǎng)度,溫度等有關(guān).物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來(lái)度量，比旋光度用下式表示：式中2０為實(shí)驗(yàn)溫度20℃，D是指所用鈉光燈光源波長(zhǎng)58９微毫米；α為測(cè)得的旋光度，C為濃度（m克/100ｍl），L為液層厚度（1０cm）。作為反應(yīng)物的蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度為６6.6°；生成物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度為52。5°；果糖為左旋性物質(zhì),比旋光度為９1.9°.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(jìn)行,體系的右旋角不斷減小,反應(yīng)至某一瞬間,體系的旋光度恰好為零,而后就變成左旋至蔗糖完全轉(zhuǎn)化,這是左旋角達(dá)最大值α∞.設(shè)最初體系的旋光度為:（t→0，蔗糖尚未轉(zhuǎn)化）（6)最終體系的旋光度為:（t→∞,蔗糖完全轉(zhuǎn)化)（7）ｔ時(shí)刻體系的旋光度為:(８）由(2)、（6）、（7）、（8)聯(lián)立解得：由上式可知,若以對(duì)t作圖為一條直線,從直線的斜率可以求得反應(yīng)速率常數(shù)K。實(shí)驗(yàn)步驟１、了解和熟悉旋光儀的構(gòu)造和使用注意事項(xiàng)。2、用蒸餾水校正儀器的零點(diǎn)：蒸餾水為非旋光物質(zhì)，可以用它找出儀器的零點(diǎn).校正時(shí)，先洗凈樣品管一端，加上蓋子并向管內(nèi)灌滿蒸餾水，蓋上玻片,管中不應(yīng)有空氣泡存在,加水時(shí)應(yīng)使液體形成一凸出液面，然后蓋上玻片,旋緊蓋套,勿漏水,但旋緊蓋套時(shí)不能用力過(guò)猛，以免玻璃片壓碎。用濾紙將樣品管擦干，再用擦鏡紙將樣品管兩端的玻璃片擦凈，將樣品管放入旋光儀內(nèi)。打開光源，調(diào)整目鏡距使視野清晰,然后旋轉(zhuǎn)檢偏鏡至觀察到的三分或二分視野暗度相等為止,記下檢偏鏡的旋轉(zhuǎn)角α，重復(fù)測(cè)量取平均值，此平均值即為零點(diǎn)。３、配制溶液:用粗天平稱取１０g蔗糖溶于50mL蒸餾水中，若溶液不清,應(yīng)過(guò)濾一次，另取4mol/ｄｍ３HCI備用，將上述兩溶液至于恒溫槽中恒溫備用.4、蔗糖轉(zhuǎn)化過(guò)程中旋光度αt的測(cè)定:用移液管?。?mL蔗糖溶液置于錐形瓶中，再用移液管取2５mLＨCL鹽酸加入其中，迅速搖勻.當(dāng)鹽酸流入一半時(shí)開始計(jì)時(shí),作為反應(yīng)開始時(shí)間.立即用次混合液蕩洗旋光管兩次，然后將反應(yīng)液充滿旋光管，蓋好玻璃及蓋子,用濾紙擦鏡紙擦干凈旋光管，放入旋光儀內(nèi)，測(cè)各個(gè)時(shí)間的旋光度。5、α∞的測(cè)量：反應(yīng)完畢后，將樣品管中的溶液與錐形瓶中剩余的反應(yīng)液混合，置于5０~60℃的水浴中溫?zé)?0mｉn,然后冷卻至室溫，測(cè)其旋光度α∞。數(shù)據(jù)處理表１，蒸餾水零點(diǎn)校正序號(hào)1２３4平均旋光度87．9０88。00８7。708７.８087.85由表可知,該儀器的零點(diǎn)為表2，蔗糖轉(zhuǎn)化過(guò)程中旋光度αt的測(cè)定時(shí)間ｔ/min4。０05.0０10。0015。0020。００25。0０３0.00４0.00５0。０0６０．00αt(Ｌ）10１。90１01．6０９8。9598．1595。9０９4。1593.229１．０58９.908８．4０αｔ（R)1０１。951０1.60９9。１0９8。1０9６.0094。２５9３.3091。20９0。0０８8。６0αt101.931０１.６09９．０3９８.1395．9５94。2093。２691.1３89.9588.50αｔ－α∞１7.4８1７。１5１4。5813。6811。５09．758.816.685．5０4。０5αt－α∞1。241.2３1．１61.141。060．９90．９40.820。74０．61其中測(cè)得,α∞=8４。4５由圖中旋光度和時(shí)間的關(guān)系，作αt—t的曲線圖如下：從上圖可以看出，αt和ｔ大致呈指數(shù)關(guān)系作出對(duì)t的函數(shù)圖象如下：由圖象分析可得，線性擬合直線的斜率為-0.0１１１即,解得，K＝0.0２6思考題1、試問(wèn)在蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中為什么可用蒸餾水來(lái)校正旋光儀的零點(diǎn)？所測(cè)的旋光度αt是否必須要進(jìn)行零點(diǎn)校正？答：因?yàn)檎麴s水無(wú)旋光性，故可用純蒸餾水作零點(diǎn)校正。在蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中所測(cè)定的旋光度t可以不進(jìn)行零點(diǎn)校,因反應(yīng)速率常數(shù)是以Ln(α0—α∞)對(duì)t作圖得一直線，從直線斜率求得反應(yīng)速率常數(shù)k0，αt—α∞

可將系統(tǒng)的零點(diǎn)誤差消除掉。2、配制蔗糖溶液時(shí)稱量不夠準(zhǔn)確,對(duì)測(cè)量結(jié)果是否有影響？答：對(duì)測(cè)量結(jié)果幾乎沒(méi)有影響。蔗糖初始濃度對(duì)于數(shù)據(jù)影響不大，速率常數(shù)K與溫度和催化劑的濃度有關(guān)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定反應(yīng)速率常數(shù)ｋ,以ln(αt－α∞）對(duì)t作圖，由所得直線的斜率求出反應(yīng)速率常數(shù)k,與初始濃度無(wú)關(guān)，蔗糖的稱取本不需要非常精確。3、在混合蔗糖溶液和鹽酸溶液時(shí)，我們將鹽酸加到蔗糖溶液里去了，可否將蔗糖加到鹽酸溶液中去？為什么?答:不能，因?yàn)椋?是催化劑,將反應(yīng)物蔗糖加入到大量鹽酸溶液時(shí),H+濃度很大，一旦加入則馬上會(huì)分解產(chǎn)生果糖和葡萄糖，則在開始測(cè)量時(shí)，已經(jīng)有大部分蔗糖產(chǎn)生了反應(yīng),記錄ｔ時(shí)刻對(duì)應(yīng)的旋光度已經(jīng)不再準(zhǔn)確。反之，將ＨCL溶液加到蔗糖溶液中去,由于H+的濃度小，反應(yīng)速率小，計(jì)時(shí)之前所進(jìn)行的反應(yīng)的量很小。4、用長(zhǎng)的旋光管好,還是短的好？答：選用較長(zhǎng)的旋光管好。根據(jù)公式在其它條件不變情況下，L越長(zhǎng),α越大,則α的相對(duì)測(cè)量誤差越小.５、旋光度的測(cè)量還能有哪些應(yīng)用？答：測(cè)定旋光度可以確定該物質(zhì)是左旋體或者右旋體,也可以測(cè)定溶液的濃度.實(shí)驗(yàn)討論1、我們所做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，第四組數(shù)據(jù)有一些偏差，可能是在最初讀數(shù)時(shí)不能快速準(zhǔn)確的分辨視野消失變亮的時(shí)間所致.在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，我在作對(duì)ｔ的線性擬合時(shí)屏蔽了該點(diǎn)。2、如果蔗糖不純，所含雜質(zhì)如果無(wú)旋光性對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響,如果具