蔗糖转化反映动力学实验报告.docx

蔗糖转化反应动力学班级：09111101组号：第八组一、 实验目的（1） 测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期（2） 了解旋光度的概念，学习旋光度的测量方法及在化学反应动力学研究中的应用二、 原理蔗糖砸水溶液中的转化反应C12H22O11（蔗糖）+H20 H+ C6H12O6(葡萄糖) + C6H12O6（果糖）这是一个二级反应，在纯水中反应速度极慢，通常需要在H的催化作用下进行。当蔗糖含量不是很大的时候，反应过程中的水是大量存在的，尽管有部分水分子参与了反应，但是仍可以认为整个反应中的水的浓度是不变的；H+是催化剂，其浓度保持不变。则此蔗糖转化反应可以看做是准一级反应，其反应速率是：v=-dc蔗dt=dc葡dt=dc果dt=kC蔗式中，k为蔗糖转化反应速率常数，c蔗为时间t时蔗糖的浓度。当t=0时，蔗糖的浓度为C0，蔗，对上式积分：lnCo,蔗C蔗=kt当C蔗=12Co,蔗时，相应的时间t即为半衰期t1/2，且有：t1/2= ln2k=0.6931k测定不同的时间t时的C蔗可求得k。旋光性物质的旋光角为：=mmA式中m为旋光性物质的质量旋光本领，与温度、溶剂、偏振光波长等有关；m为旋光性物质在截面积为A的线性偏振光束途径中的质量。由此式可得：=mnMlAl=mMl式中，A为常数。已知在293.15K，以钠的D光线为光源时，蔗糖、葡萄糖、果糖的旋光本领m分别为1.1610-2radm2kg-1,0.9210-2radm2kg-1,-1.6010-2radm2kg-1。因此，随着反应的进行。旋光角会发生变化，蔗糖和葡萄糖为右旋，果糖为左旋，所以在反应的过程中右旋角不断减少，反应完毕时溶液为左旋。蔗糖水解反应中，不同的时间t时，反应物、生成物的浓度为：C12H22O11（蔗糖）+H20 C6H12O6(葡萄糖) + C6H12O6（果糖）t=0Co,蔗00t=tC蔗Co,蔗- C蔗Co,蔗- C蔗t=0Co,蔗Co,蔗当t=0时，0=A蔗Co,蔗；当t=t时，t= A蔗Co,蔗+A葡（Co,蔗- C蔗）+A果（Co,蔗- C蔗）；当t=时，=（ A葡+ A果）Co,蔗；整理有：Co,蔗=0-A蔗-A葡-A果C蔗=t-A蔗-A葡-A果因此：k=1tlnCo,蔗C蔗=1tln0-A蔗-A葡-A果lnt-=-kt+ln(0-)以lnt-对t作图，则图为一条直线，有直线的斜率可以求得蔗糖转化反应的速率常数k.三、 仪器与试剂旋光仪、恒温槽、秒表、容量瓶（250ml）、容量瓶（50ml）、磨口塞锥形瓶（250ml）、烧杯（100ml、1000ml）、移液管（50ml）、HCl溶液（3.0moldm-3）四、 实验操作1） 打开恒温槽两个，分别设定温度为25、55；2） 打开旋光仪电源开光预热10min，然后打开光源开关预热20min。3） 称取10.0g蔗糖用少量水溶解，转移至50ml容量瓶中，定容。4） 用装有去离子水的样品管放入旋光仪样品室，待读数稳定后按“清零”键5） 用移液管取50mlHCl溶液（3.0moldm-3）于干燥、洁净磨口塞锥形瓶（250ml）中6） 将定容的蔗糖溶液倒入另一只干燥、洁净磨口塞锥形瓶（250ml）中，将上述干燥、洁净磨口塞锥形瓶中液倒入蔗糖溶液中，同时启动秒表。两瓶来回倒几次。7） 迅速用混合溶液洗涤旋光测试管两次，然后再测试管中装满溶液，用擦镜纸将测试管两端擦干，迅速放入旋光仪中，测的第一个数据1，以后每隔13min测量一次，同时记录相应的时间，每次测量后将测试管置于25恒温槽，测量时在取出用擦镜纸擦干测量。15分钟之后可延长时间间隔，直至旋光度出现负值。8） 将测试液倒入剩余混合液置于5060水浴中保温30min，然后放入25恒温槽中冷却至25，再测得。9） 充分洗涤测试管，擦净之后放回仪器盒，以防酸蚀。五、 数据记录与处理实验原始数据：n(HCl)=3.0mol/dm3 反应温度：25 =-3.920 rad实验序号时间/min旋光角/实验序号时间/min旋光角/12.500 12.126 1122.010 3.450 23.785 11.872 1225.058 2.696 35.352 11.344 1327.805 2.044 46.851 10.666 1430.954 1.390 58.333 9.850 1533.563 0.936 69.969 8.806 1636.279 0.488 711.986 7.484 1739.217 0.118 814.320 6.218 1842.235 -0.288 917.088 4.976 1943.401 -0.448 1020.029 4.000 根据实验数据绘制tt图像：根据实验数据绘制ln(t-)t图像：通过直线拟合可以知道拟合直线的斜率为-0.03898。k=0.03898由t1/2= ln2k=0.6931k可知：t1/2=0.69310.03898=17.781min六、 分析：从图像可以看出，刚开始时曲线斜率比较小，随后增大，与拟合曲线斜率相近，最后斜率逐渐变小。1） 刚开始时溶液混合是在室温，在尽量完第一次之后才放在恒温箱中，并且前几次测量时间间隔比较短，反应体系温度还没有达到25，随着温度增加反应速率加快，所以斜率逐渐增大。2） 随着反应的进行，蔗糖的浓度降低，使得k值减小3） 测量旋光角时,两次放置测试管的位置会有差异,产生测量误差。4） 测量室和恒温槽存在温差造成反应速率的回来变动。七、 思考题1） 根据蔗糖、葡萄糖、果糖的质量旋光本领数据，计算本实验的0和。在测试管中蔗糖的浓度:c=c蔗V=m蔗M蔗V=10.0g342.3gmol10010-3L3=0.292moll0=mnMlAl=mMlc=1.1610-2radm2kg-1342.310-3kgmol-10.2m0.292103molm3=0.232rad=13.3=葡+果=葡Mlc+果Mlc=0.9210-2radm2kg-1180.010-3kgmol-10.2m0.292103molm3+-1.6010-2radm2kg-1180.010-3kgmol-10.2m0.292103molm3=-0.0715rad=-4.09实验中测得的第一组数据为2.500min时旋光角为12.126与理论值比较好的吻合了，实验测得的为-3.920，说明反应还没有完全进行到底。2）配制蔗糖溶液时，使用0.1精度的天平，而无需使用0.1mg精度的天平，为什么？答：因为要求配10.0g的蔗糖溶液，只要称到小数点后第一位,即0.1g就可以了,因此只需用精度为0.1g的普通天平而不需用精度为0.0001g的分析天平。这样能够更快的完成称