实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数.docx
《实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数.docx（6页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
Ⅰ、实验目的
1．测定蔗糖在酸存在下的水解速率常数。
2．了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。
3．了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。
Ⅱ、实验原理
蔗糖水溶液在有氢离子存在时产生水解反应：
C12H22O11+H2O〔H+〕C6H12O6+C6H12O6
蔗糖葡萄糖果糖
蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性物质，其比旋光度为：
〔α蔗〕D20=66.65°〔α葡〕D20=52.5°〔α果〕D20=-91.9°
式中：
α表示在20℃用钠黄光作光源测得的旋光度。
正值表示右旋，负值表示左旋。
由于蔗糖的水解是能进行到底的，并且果糖的左旋远大于葡萄糖的右旋性，因此在反应进程中，将逐渐从右旋变向左旋。
当氢离子浓度一定，蔗糖溶液较稀时，蔗糖水解为假一级反应，其速率方程式可写成：
lna/（a-x）=kt
（1）
式中：
a——蔗糖初浓度；x——反应了的蔗糖浓度。
当某物理量与反应物和产物浓度成正比，则可导出用物理量代替浓度的速率方程。
为简单起见，设反应方程式为：
A+B→X+Y
设反应物和生成物对某物理量λ（这里是旋光度）的贡献分别是λa、λb、λx、λy，它们与浓度的关系分别是：
λa=l〔A〕；λb=m〔B〕；λx=n〔X〕；λy=p〔Y〕
式中，l、m、n、p为比例常数。
因λ=λa+λb+λx+λy
而在反应进程中：
λa=l（a-x）；λb=m（b-x）=m〔（b-a）+（a-x）〕；λx=nx；λy=px。
故λ=（l+m）（a-x）+m（b-a）+（n+p）x
（2）
在
（2）式右端加、减a（n+p），然后合并得λ=（l+m–n-p）（a-x）+m（b-a）+a（n+p）（3）
反应开始时，a-x=a；反应完毕时，a-x=0
故λ0=（l+m-n-p）a+m（b-a）+a（n+p）（4）λ∞=m（b-a）+a（n+p）（5）
（3）式-（5）式λ-λ∞=（l+m-n-p）（a-x）（6）
（4）式-（5）式λ0-λ∞=（l+m-n-p）a（7）
将（6）、（7）式代入一级反应速率方程式
（1），得：
ln（λ0-λ∞）/（λ-λ∞）=kt（8）
如果m、n、p为零，即这些物质与λ无关，则λ∞=0，
（8）式简化为lnλ0/λ=kt（9）
物性λ可以是旋光度、吸光度、体积、压力、电导等。
对本实验而言，以旋光度代入（8）式，得一级反应速率方程式：
ln（α0-α∞）/（α-α∞）=kt（10）
以ln（α-α∞）对t作图，直线斜率即为-k。
通常有两种方法测定α∞，一是将反应液放置48h以上，让其反应完全后测α∞；一是将反应液在50—60℃水浴中加热半小时以上再冷到实验温度测α∞。
前一种方法时间太长，而后一种方法容易产生副反应，使溶液颜色变黄。
本实验采用Guggen法处理数据，可以不必测α∞。
把在t和t+Δ（Δ代表一定的时间间隔）测得的α分别用αt和αt+Δ表示，则有
αt-α∞=（α0-α∞）e-kt（11）
αt+Δ-α∞=（α0-α∞）e-k（t+Δ）（12）
（11）式-（12）式αt-αt+Δ=（α0-α∞）e-kt（1-e-kΔ）
取对数ln（αt-αt+Δ）=ln[（α0-α∞）（1-e-kΔ）]-kt（13）
从（13）式可看出，只要Δ保持不变，右端第一项为常数，从ln（αt-αt+Δ）对t作图所得直线的斜率即可求得k。
Δ可选为半衰期的2—3倍，或反应接近完成的时间之半。
本实验可取Δ=30，每隔5min取一次读数。
Ⅲ、仪器与试剂
全自动旋光仪一套，容量瓶（50mlor25ml））一个，移液管（25ml）一支，100ml锥形瓶一个，50ml烧杯一个，搅拌棒一支；4mol·l-1HCl，蔗糖。
Ⅳ、实验步骤
1．先作仪器零点校正。
将空的或装满水的旋光管置于旋光仪暗匣内，开亮光源，眼对目镜，旋转检偏镜，同时调整焦距，直至视野亮度均匀，观察此时读到的旋光度是否为零，如不是零，需调整到零。
（本实验所需数据为一相对值可不做零点校正）。
2．在小烧杯中称取蔗糖约5g，用少量蒸馏水溶解，倾入25ml容量瓶中，稀释至刻度，再倾入100ml锥形瓶中。
又用25ml移液管吸取4mol·l-1盐酸溶液放入锥形瓶中，及时记录反应开始时间，混合均匀，尽快用此溶液淌洗旋光管后立即装满旋光管，盖上玻璃片，注意勿使管内存在气泡，旋紧管帽后（用滤纸擦去管外的溶液，以防酸液腐蚀旋光仪）即放置在旋光仪中测出旋光度。
此后每隔5min测一次，经一小时后停止实验。
Ⅴ、数据记录与处理
1．取Δ为30min，每5min取一次数据（每个点快速读取三个值而求平均值），列出记录表格：
t
/min
αt
（t+Δ）
/min
αt+Δ
αt-αt+Δ
ln（αt-αt+Δ）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
平均值
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
平均值
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
2．以ln（αt-αt+Δ）对t作图，从所得直线斜率求k。
Ⅵ、教学讨论
1．蔗糖在纯水中水解速率很慢，但在催化剂作用下会迅速加快，其反应速率大小不仅与催化剂种类有关而且与催化剂的浓度有关。
2．温度对测定反应速率影响很大，所以严格控制反应温度是做本实验的关键。
建议在反应开始时溶液的混合操作在恒温箱中进行。
3．蔗糖水解反应实为二级反应又为准一级反应。
对于蔗糖水解：
C12H22O11+H2O〔H+〕C6H12O6+C6H12O6
蔗糖葡萄糖果糖
该反应速率为：
v=kC（C12H22O11）。
因为溶剂水参加反尖，预计其速率定律应具有：
v=kˊCm（C12H22O11）·Cn（H2O）的形式。
由于水是大量存在的，各次实验中，水的浓度几乎保持不变。
因此，可以认为：
k=kCn（H2O）。
这个反应称为假一级反应，或准一级反应。
4．对一级反应来说，当某一物理量只与某一种反应物或产物的浓度成正比，则可在速率方程中直接用此物理量代替浓度计算速率常数。
但如这一物理量与反应物和产物浓度都有关系，则须采用涉及反应开始和完毕时的物理量的速率方程。
5．用Guggenheim法处理数据可不必测量反应完毕时的物理量，这就大大地节约了时间和避免副反应的干扰。
Ⅶ、思考题：
1．实验中，我们用蒸馏水来校正旋光仪的零点，试问在蔗糖转化反应过程中所测的旋光度αt是否必须要进行零点校正？
2．配制蔗糖溶液时称量不够精确，对测量结果有否影响？
3．在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液里去，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去？
为什么？
4．如果所用蔗糖不纯，对实验有什么影响？
Ⅷ、参考教材
1．《物理化学实验》（第三版）罗澄源等编，高等教育出版社，P126—130，P311—314；
2．《物理化学实验》（第三版）复旦大学等编，高等教育出版社，P94—98，206—210。
WZZ-2AB自动旋光仪使用说明
一、仪器的作用
旋光仪是测定物质旋光度的仪器。
通过对样品旋光度的测定，可以分析确定物质的浓度、含量及纯度等。
WZZ-2型自动旋光仪采用光电检测自动平衡原理，进行自动测量。
测量结果由数字显示。
具有体积小，灵敏度高，没有入差，读数方便等特点。
广泛用于医药、食品、有机化工等各个领域。
二、仪器的使用方法
1．将仪器电源插头插入220V交流电源。
2．打开电源开关，这时钠光灯应启亮，需经5分钟钠光灯预热，使之发光稳定。
3．打开光源开关，（若光源开关扳上后，钠光灯熄灭，则再将光源开关上下重复扳动1到2次，使钠光灯在直流下点亮，为正常）。
4．打开测量开关，这时数码管应有数字显示。
5．将装有蒸馏水或其它空白溶剂的样品管放入样品室，盖上箱盖，待示数稳定后，按清零按钮。
样品管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处；通光面两端的雾状水滴，应用软布揩干。
样品管螺帽不宜旋得过紧，以免产生应力，影响读数。
样品管安放时应注意标记的位置和方向。
6．取出样品管。
将待测样品注入样品管，按相同的位置和方向放入样品室内，盖好箱盖。
仪器数显窗将显示出样品的旋光度。
7．逐次揿下复测按钮，重复读几次数，取平均值作为样品的测定结果。
8．如样品超过测量范围，仪器在±45处来回振荡。
此时，取出样品管，仪器即自动转回零位。
9．仪器使用完毕后，应依次关闭测量、光源、电源开关。
10．钠灯在直流供电系统出现故障不能使用时，仪器也可在钠灯交流供电的情况下测试，但仪器的性能可能略有降低。
11．当放入小角度样品（小于0.5º时），示数可能变化，这时只要按复测按钮，就会出现新的数字。
三、结构图（如下）。
升级会员 