山大物化实验.doc

实验二十 蔗糖的转化【目的要求】1. 测定不同温度时蔗糖转化反应的速率常数和半衰期，并求算蔗糖转化反应的活化能。2. 了解旋光仪的构造、工作原理，掌握旋光仪的使用方法。【实验原理】蔗糖转化反应为： C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 为使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。由于反应中水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可近似地认为整个反应中水的浓度是恒定的。而H是催化剂，其浓度也保持不变。因此，蔗糖转化反应可视为一级反应。其动力学方程为 (1) 式中，k为反应速率常数；C为时间t时的反应物浓度。 将(1)式积分得： (2)式中，C0为反应物的初始浓度。 当C=1/2C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得： (3)蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示： tD (4)式中，t为实验温度()；D为光源波长；为旋光度；l为液层厚度(m)；C为浓度(kgm-3)。 由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度与浓度C成正比。即： KC (5)式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度 20D =66.6。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度 20D =52.5；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度 20D =91.9。因此，随着水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为0，t，时溶液的旋光度分别用0，t，表示。则：0K反C0 (表示蔗糖未转化) (6)K生C0 (表示蔗糖已完全转化) (7)式(6)、(7)中的K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。 t K反C K生（C0C） (8)由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得： (9) (10)将(9)、(10)两式代入(2)式即得： (11)由(11)式可见，以ln(t)对t作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反应速率常数k。进而可求得半衰期t1/2。根据阿累尼乌斯公式 ，可求出蔗糖转化反应的活化能Ea。【仪器试剂】旋光仪1台；恒温旋光管1只；恒温槽1台；台称1台；停表1块；烧杯(100mL，1只)；移液管(30mL，2支)；带塞三角瓶(100mL，2只)。HCl(3moldm-3)；蔗糖(A.R.)。【实验步骤】1. 将恒温槽调节到(25.00.1)恒温，然后在恒温旋光管中接上恒温水。2. 旋光仪零点的校正 洗净恒温旋光管，将管子一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，把玻璃片盖好，使管内无气泡（或小气泡）存在。再旋紧套盖，勿使漏水。用吸水纸擦净旋光管，再用擦镜纸将管两端的玻璃片擦净，放入旋光仪中盖上槽盖开启旋光仪，校正旋光仪零点。3. 蔗糖水解过程中t的测定 用台称称取15g蔗糖，放入100mL烧杯中，加入75mL蒸馏水配成溶液(若溶液混浊则需过滤)。用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中。移取30mL3moldm-3HCl溶液于另一只100mL带塞三角瓶中。一起放入恒温槽内，恒温10min。取出两只三角瓶，将HCl迅速倒入蔗糖中，来回倒三次，使之充分混合。并且在加入HCl时开始记时，立即用少量混合液荡洗旋光管两次，将混合液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同)。擦净后立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每3min读一次，30min后，每5min读一次。测定1h。4. 的测定 将步骤3剩余的混合液置于近60的水浴中，恒温至少30min以加速反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测定其旋光度，此值即为。5. 另取30ml蔗糖溶液，将恒温槽调节到(30.00.1)恒温，按实验步骤3、4测定30.0时的t及。【注意事项】 装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。 在测定时，通过加热使反应速度加快转化完全。但加热温度不要超过60，加热过程要防止水的挥发致使溶液浓度变化。 由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管洗净。【数据处理】1.设计实验数据表，记录温度、盐酸浓度、t、等数据，计算不同时刻时t和ln(t)。2. 以ln(t)对t作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k。3. 计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2。4. 由两个温度下测得的k值计算反应的活化能。思 考 题1. 实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点？在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度t是否需要零点校正？为什么？2. 蔗糖溶液为什么可粗略配制？3. 蔗糖的转化速率常数k与哪些因素有关？4. 试分析本实验误差来源，怎样减少实验误差？思 考 题1. 实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点？在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度t是否需要零点校正？为什么？(1) 因水是溶剂且为非旋光性物质。 (2) 不需，因作 lg( t- ) t 图，不作零点校正，对计算反应速度常数无影响。2. 蔗糖溶液为什么可粗略配制？因该反应为 ( 准 ) 一级反应，而一级反应的速率常数、半衰期与起始浓度无关，只需测得 dC/dt 即可。3. 蔗糖的转化速率常数k与哪些因素有关？温度 ，催化剂浓度4. 试分析本实验误差来源，怎样减少实验误差？、试分析本实验误差来源？怎样减少实验误差？：温度、光源波长须恒定、蔗糖溶液要现用现配。、旋光度与哪些因素有关？【讨论】1. 测定旋光度有以下几种用途：（1）鉴定物质的纯度；（2）决定物质在溶液中的浓度或含量；（3）测定溶液的密度；（4）光学异构体的鉴别等。2. 古根哈姆（Guggenheim）曾经推出了不需测定反应终了浓度（本实验中即为）就能够计算一级反应速率常数k的方法，他的出发点是因为一级反应在时间t与tt时反应的浓度C及C可分别表示为：CC0ektC0为起始浓度；C = C 0e-k（t+t）由此得ln（CC）= ktlnC 0（1 e-kt），因此如果能在一定的时间间隔t测得一系列数据，则因为t为定值，所以ln（CC）对t作图，即可由直线的斜率求出k。思 考 题1.为什么要求加入酸量要严格准确？2.旋光仪的复测键一般只在测时使用，能否在测t时使用？3.蔗糖水解反应速度与哪些反应条件有关？该反应按一级反应进行的条件是什么？4.某人测时，发现反应液变为浅黄色，这是由于什么原因？5.当HCl溶液迅速倒入蔗糖溶液中时，起始溶液的旋光度为右旋还是左旋？随着反应的进行，旋光度怎样变化？为什么？ 思 考 题1.为什么要求加入酸量要