1H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定.docx
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1H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定
1H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定
H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定
08化教吴英、罗群
一．实验目的
1.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法；
2.了解反应物浓度与旋光度之间的关系；
3.利用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数与半衰期；
4.探究H+浓度对蔗糖转化反应速率影响。
二．实验原理
蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖：
H+
C12H22O11+H2O—→C6H12O6+C6H12O6
（蔗糖）（葡萄糖）（果糖）
蔗糖水解反应是一个二级反应，但由于水是大量存在的，在反应过程中可以认为浓度不变，在反应过程中的氢离子是一种催化剂，也可以认为浓度不变，由此，蔗糖水解反应可作为一级反应来处理。
如果以c表示到达t时刻的反应物浓度，k表示反应速率常数，则一级反应的速率方程为：
-dc/dt=kt
对此式积分可得：
lnc=-kt+lnc0
式中c为反应过程中的浓度，c0为反应开始时的浓度。
当c=c0/2时，时间为t1/2，称为半衰期。
代入上式，得：
t1/2=ln2/k=0.693/k
测定反应过程中的反应物浓度，以lnc对t作图，就可以求出反应的速率常数k。
在这个反应中，利用体系在反应进程中的旋光度不同，来度量反应的进程。
用旋光仪测出的旋光度值，与溶液中旋光物质的旋光能力、溶剂的性质、溶液的浓度、温度等因素有关，固定其它条件，可认为旋光度α与反应物浓度c成线性关系。
物质的旋光能力用比旋光度来度量：
蔗糖的比旋光度[α]D20=66.6°，葡萄糖的比旋光度[α]D20=52.5°，蔗糖和葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但果糖的比旋光度比葡萄糖大，果糖是左旋性物质，它的比旋光度为[α]D20=-91.9°。
因此，在反应过程中，溶液的旋光度先是右旋的，随着反应的进行右旋角度不断减小，过零后再变成左旋，直至蔗糖完全转化，左旋角度达到最大。
当t=0时，蔗糖尚未开始转化，溶液的旋光度为：
α0=β反应物c0......1
当蔗糖已完全转化时，体系的旋光度为：
α∞=β生成物c0......2
此处，β为旋光度与反应物浓度关系中的比例系数。
时间t时，蔗糖浓度为c，旋光度应为：
αt=β反应物c+β生成物（c0-c）......3
由1、2式：
由2、3式：
代入lnc=-kt+lnc0式，可得：
ln（αt-α∞）=-kt+ln（α0-α∞）
根据实验测得的反应过程中的旋光度值计算ln（αt-α∞），再对时间作图，可得一条直线，根据直线斜率可求得反应速率常数。
3．仪器，试剂
仪器：
旋光仪1台，超级恒温槽1台，锥形瓶，移液管，烧杯，
100ｍＬ容量瓶，玻璃棒，托盘天平。
试剂：
蔗糖（AR），盐酸溶液（12.0mol/L），蒸馏水。
4．实验步骤
1.了解旋光仪的原理与使用方法。
2.安装仪器，将恒温槽调节到（25.0
0.1）℃。
3.旋光仪的零点校正。
4.配置100ｍＬ1.2mol/LHCl，2.4mol/LHCl，3.6mol/LHCl，4.8mol/LHCl，6mol/LHCl溶液。
5.配置蔗糖水溶液：
称取50克蔗糖加入锥形瓶中，再加入250mL蒸馏水，是蔗糖完全溶解，若溶液浑浊，则需要过滤。
6.用移液管分别移入50.00mL蔗糖溶液和50.00mL6.0mol/LHCl，50.00mL4.8mol/LHCl，50.00mL3.6mol/LHCl，50.00mL2.4mol/LHCl,50.00mL1.2mol/LHCl溶液于锥形瓶，置于超级恒温器中恒温10min以上。
7.反应过程中旋光仪的测定
将6.0mol/LHCl溶液倒入蔗糖溶液，同时记下反应开始的时间。
用少量混合溶液荡洗旋光管，然后装满旋光管，盖好（要求管内没有气泡），反映开始后的15min内，每隔1min测量一次，然后由于反应物的浓度的降低而使反应速率变慢，此时可将每次测量的时间间隔放宽，一直到反应时间为50min为止。
8.测完全反应时的旋光度：
将含有剩余混合液的试管置于55℃水浴中加热40min，使其中蔗糖完全反应。
将反应液冷却至实验温度，加入旋光管中，在恒温槽中恒温10分钟，测定其旋光度，作为α∞值。
9.不同浓度HCl溶液旋光度的测量：
将不同浓度HCl溶液分别倒入蔗糖溶液重复步骤7，8。
五．实验数据及其处理过程
1.HCl的浓度为：
6mol/L
at对t的数据记录表
t/min
9
10
11
12
13
14
15
16
19
22
at
6.112
5.720
5.404
5.088
4.786
4.504
4.222
3.944
3.084
2.590
t/min
25
28
31
34
37
40
43
46
49
at
1.872
1.288
0.738
0.306
-0.212
-0.656
-1.078
-1.402
-1.818
a∞的测量值：
-4.848、-4.848、-4.848、-4.848、-4.848
at对t的工作曲线㏑（at-a∞）对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个（at—t）数组表
t/min
13.5
17
20.5
24
27.5
31
35
38.5
at
4.659
3.644
2.841
2.152
1.402
0.735
0.144
-0.439
ln（at-a∞）
2.252
2.139
2.040
1.946
1.833
1.720
1.608
1.484
-k=-0.0299min-1k=0.0299min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.0299=23.177min
2.HCl的浓度为：
4.8mol/L
at对t的数据记录表
t/min
5
6
7
8
9
10
11
12
at
11.132
10.486
10.320
10.100
9.824
9.652
9.358
9.166
t/min
13
14
15
18
21
24
27
30
at
8.910
8.692
8.492
7.758
7.102
6.472
5.852
5.272
t/min
33
36
39
42
45
48
51
at
4.664
4.092
3.586
2.950
2.500
2.286
2.064
a∞的测量值：
-4.724、-4.724、-4.724、-4.724、-4.724
at对t的工作曲线
㏑（at-a∞）对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个（at—t）数组表
t/min
10
14
18
22
26
30
34
38
at
9.574
8.638
7.750
6.907
6.074
5.722
4.537
3.750
ln（at-a∞）
2.641
2.578
2.475
2.399
2.322
2.246
2.157
2.065
-k=-0.01819min-1k=0.01819min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.01819=38.098min
3.HCl的浓度为：
3.6mol/L
at对t的数据记录表
t/min
2
3
4
5
6
7
8
9
10
at
12.230
12.012
11.846
11.716
11.412
11.330
11.118
10.990
10.760
t/min
11
12
13
14
15
18
21
24
27
at
10.634
10.426
10.278
10.068
9.848
9.318
8.876
8.286
7.816
t/min
30
33
36
39
42
45
48
50
at
7.266
6.720
6.332
5.800
5.372
4.934
4.474
4.146
a∞的测量值：
-4.824、-4.824、-4.824、-4.824、-4.824、
at对t的工作曲线㏑（at-a∞）对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个（at—t）数组表
t/min
10
14
18
22
26
30
34
38
at
10.975
10.079
9.313
8.690
8.017
7.292
6.577
5.997
ln（at-a∞）
2.760
2.702
2.649
2.604
2.553
2.495
2.434
2.381
-k=-0.0134min-1k=0.0134min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.0134=51.716min
4.HCl的浓度为：
2.4mol/L
at对t的数据记录表
t/min
3
4
5
6
7
8
9
10
11
at
12.592
12.490
12.386
12.278
12.172
12.068
11.958
11.852
11.750
t/min
12
13
14
15
18
21
24
27
30
at
11.632
11.408
11.294
11.186
10.868
10.514
10.078
9.764
9.330
t/min
33
36
39
42
45
at
9.012
8.580
8.260
7.836
7.518
a∞的测量值：
-4.596、-4.596、-4.596、-4.596、-4.596、
at对t的工作曲线㏑（at-a∞）对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个（at—t）数组表
t/min
10
14
18
22
26
30
34
38
at
11.869
11.303
10.899
10.358
9.848
9.364
8.848
8.364
ln（at-a∞）
2.801
2.766
2.741
2.705
2.670
2.636
2.598
2.562
-k=-0.00839min-1k=0.00839min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.00839=82.598min
5.HCl的浓度为：
1.2mol/L
at对t的数据记录表
t/min
2
3
4
5
6
7
8
9
10
at
12.714
12.714
12.714
12.610
12.610
12.610
12.510
12.510
12.510
t/min
11
12
13
14
15
18
21
24
27
at
12.410
12.410
12.306
12.306
12.204
12.102
12.002
11.798
11.694
t/min
30
33
36
39
42
45
48
50
at
11.492
11.388
11.182
11.082
10.978
10.774
10.676
10.574
a∞的测量值：
-4.588、-4.588、-4.588、-4.588、-4.588、
at对t的工作曲线㏑（at-a∞）对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个（at—t）数组表
t/min
10
14
18
22
26
30
34
38
at
12.487
12.285
12.096
11.949
11.732
11.505
11.316
11.114
ln（at-a∞）
2.838
2.826
2.814
2.806
2.792
2.778
2.766
2.754
-k=-0.00301min-1k=0.00301min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.00301=230.232min
6.转化速率常数与氢离子浓度的关系
CH+对k的数据记录表
CH+（mol/l）
1.2
2.4
3.6
4.8
6
k
0.00301
0.00839
0.0134
0.0182
0.0299
k对cH+的工作曲线
根据图表数据可得关系式：
k=0.0053cH+-0.0045
六、实验结果及其分析
1.实验值与文献值的比较（温度为25℃）
C（HCl）/mol/L
1.2
2.4
3.6
4.8
6
实验值（1/min）
0.00301
0.00839
0.0134
0.01819
0.0299
C（HCl）/mol/L
1.2
2.6
3.3
4.3
5.8
文献值（1/min）
0.01746
0.03758
0.04790
0.05998
0.08223
具体文献值未找到，但是根据近似浓度的文献值，可以得出实验值与文献值相差很大。
2.蔗糖的转化速率常数与H+浓度的关系
根据实验结果，得出两者符合关系式：
k=0.0053cH+-0.0045
可知速率常数随着H+浓度的增加而增加，但是两者并不成正比关系。
七、误差分析
1、HCl的浓度为的配置不是太准确。
2、反应时间的没有控制好（提前或推后记录数据）
3、图表的读数误差
八、实验的关键
1、因为温度会对反应有影响，所以实验过程中温度的控制很关键。
2、本实验是探讨不同浓度的盐酸对蔗糖转化速率常数的影响，因此要精确配置HCl的浓度。
3、放置旋光管上的玻璃片时，将玻璃片沿管口轻轻推上盖好，旋紧套盖，确保不产生气泡。
九、改进性实验
1、实验过程中随着反应的进行，旋光管里的温度会降低从而影响速率常数的测定，因此可以在旋光管外加保温设施，降低温度的影响。
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