蔗糖水解反应速率常数的测定.doc

蔗糖水解反应速率常数的测定之实验报告 实验报告人； 实验 日期：一、 实验目的 根据物质的旋光性质研究蔗糖水解反应，测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期；了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。二、 实验原理H+蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应方程式为C12H12O11+H2O C6H12O6+C6H12O6 (蔗糖，右旋) （葡萄糖，右旋）（果糖，左旋）为使水解反应加速，反应常常以H+ 为催化剂，故在酸性介质中进行。此反应的反应速率与蔗糖的浓度、水的浓度以及催化剂H+的浓度有关。在催化剂H+浓度固定的条件下，这个反应是一个二级反应。但是，此反应中水大量存在，反应达到终点时，虽有部分水分子参加反应，但与溶质浓度相比可认为它的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，动力学方程式为 积分后得： =kt或 式中，为反应开始时蔗糖的浓度；c为时间t时的蔗糖浓度，k为水解反应的速率常数。 从式(2)可以看出，在不同的时间测定反应物的浓度，并以对t作图，可得一直线，由直线斜率即可求出反应速率常数k。 然而，由于反应是不断进行的，要快速分析出某一时刻反应物的浓度比较困难。但根据反应物蔗糖及其生成物都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同这一特点，可利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。 蔗糖及其水解产物均为旋光物质，在反应进行过程中，若以一束偏振光通过溶液，则可观察到偏振面的转移。 由于蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以偏振面将由右边旋向左边。偏振面的转移角度称为旋光度，以表示。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质和种类、浓度、液层厚度、光源波长及反应时的温度等因素有关。当其他条件均固定时，旋光度与反应物浓度c呈线性关系，即： =c 式中，是与物质的旋光能力、溶液厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关系的常数。物质的旋光能力用比旋光度来表示。蔗糖是右旋性物质，葡萄糖也是右旋性物质，果糖是左旋性物质，它们的比旋光度为 =66.65 , =52.5 , =-91.9正值表示右旋，负值表示左旋，D表示钠光灯源。可见，当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时，体系将经过零变成左旋。旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和（加和性）。若以，分别为反应时间0，t，时溶液的旋光度，则可导出： （），（） 将式（4）代入式（2）可得： =kt 或 =-kt+ (5)上式中对t作图，从所得直线的斜率即可求得反应速率常数k。 一级反应的半衰期则用下式求取： （6） 三、 仪器和试器旋光计（带旋光管），超级恒温水浴，普通水浴锅，锥形瓶（100ml），移液管（25ml），秒表；2molL-1HCl溶液，蔗糖。四、 操作步骤1、 实验准备（1） 用台秤粗称蔗糖10g，放入锥形瓶中，准确移入50mL蒸馏水，搅拌，使蔗糖溶解备用。（2） 将恒温水浴调节到25恒温（夏天适当调高，并可将反应溶液按50mL蔗糖溶液加25ml溶液配制），然后将旋光管口外套接上恒温水。2、 旋光仪零点调节 在旋光管中注入纯水，放入旋光仪暗箱中，开启旋光仪电源预热10min，待钠光灯稳定后，开启测量开关，光屏显示值应为00.000，若示值不为00.000，可按清零键使其归零。3、 蔗糖水解过程中的测定 用移液管取25mL蔗糖溶液，50mL2molL-1HCl溶液，分别注入两个100mL干燥的锥形瓶中，并将此二锥形瓶同时置于恒温槽中恒温1015min，待恒温后，取25mL2molL-1HCl溶液加热到盛有蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCl溶液加入一半时开动秒表作为反应的开始时间（注意：秒表一经启动，勿停，直至实验完毕），不断振荡挑动锥形瓶，迅速取少量混合液清洗旋光管2次，然后以此混合液注满旋光管，盖好玻璃片，旋紧套盖（检查是否漏液，有气泡），擦净旋光管两端的玻璃片，立刻置于旋光仪中，盖上箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。反应开始第2min读取第一个数据，第5min时读取第二个数据，之后每5min读取一次数据，一直测量到旋光度为负值为止或一直做到反应90min为止。4、的测定 在进行第3步的同时，将步骤3中剩余的混合液置于6070水浴内恒温60min以上，使其加速反应到完全，然后取出，冷却到水浴温度，测其旋光度，此值即可认为是。五、 数据处理反应温度：20 蔗糖浓度：200gL 盐酸浓度：2molLtmin25101520253035407.0706.5005.7005.0554.2903.6903.0902.4901.970-2.7559.8259.2558.4557.8107.0456.4455.8455.2454.7252.2852.2252.1352.0551.9521.8631.7661.6571.553(1) 完成上表，用对t作图，由直线斜率求出反应速率常数k（直线斜率的相反数即为速率常数k）。(2) 计算反应的半衰期。由上图可求得此直线斜率为-0.01769，则反应速率常数为k=0.01769。 则反应的半衰期=0.06930.01769=3.917。六、 思考题（1）蔗糖溶液为什么可粗略配制？ 答：蔗糖本身就不纯净,即使准确称量也不可能配成标准溶液，又此反应对蔗糖为一级反应，利用实验数据求k时不需要知道蔗