蔗糖水解反应速率常数的测定doc.doc

物理化学实验报告学院：化学与化工 专业： 化学工程与工艺 班级：化工121姓名张宁学号1208110113同组人李阳，刘忠凯，盛健日期2013.10.11指导教师安燕成绩实验名称蔗糖水解反应速率常数的测定实验目的1.测定一定温度下蔗糖反应的速率常数和半衰期2.掌握自动旋光仪的使用方法仪器及试剂 WZZ-2A型自动数显旋光仪1台；炫光管2支；台秤一台；25ml容量瓶1个；25mL移液管1支；50ml烧杯1个；100ml锥形瓶1个。 蔗糖；4molL的盐酸 ；酸性蔗糖溶液。实验原理蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应方程式为C12H22O11+H2O = C6H12O6 + C6H12O6 （蔗糖，右旋）（葡萄糖，右旋）（果糖，左旋） （1）为使水解反应加速，反应常常以+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的浓度有关。这个反应是二级反应。但是，此反应中有大量水的存在，反应达到终点时，虽有部分水分子参加反应，但可认为其没有改变，故可视为一级反应，动力学方程： =KC 积分后得：ln=Kt 或C=kt+C。 （2） 式中，C。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Ct对t作图，可得一条直线，由直线斜率即可求出反应速率常数K。然而反应是不断进行的，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生成物都具有旋光性，且他们的旋光性不同，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。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转角度，以表示。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、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、光源波长、反应温度有关的常数。物质的旋光能力用比旋光度来表示。蔗糖是右旋物质，葡萄糖也是右旋性物质，果糖是左旋性物质，他们的比旋光度为蔗=66.65， 葡=52.5，果= 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，右旋角度不断减小，当反应终了时，体系将经过零变成左旋。旋光度与浓度呈正比，且溶液的旋光度为各组分的旋光度之和（加和性）。若以0，t，分别为时间0，t，时溶液的旋光度，则可导出： C0（0），Ct（t） （4）将式（2）代入式（4）可得： （0）/（t）kt 或（t）kt（0） (5) 上式中（t）对t作图，从所得直线的斜率即可求得反应速度常数K。一级反应的半衰期则用下式求取： =2/k0.693/k 实验步骤 1. 记录实验室温度 2. 打开旋光仪的开关，并将光源开关向下扳到交流位置，这时钠光灯发亮，经5min钠光灯发光稳定。将光源开关由AC转为DC。 3. 旋光仪零点的校正：蒸馏水为非旋光物质，用其校正仪器的零点。先洗净炫光管，将炫光管一端的盖子旋上，倒置并在管中灌满蒸馏水，使液体形成凸液面，加上另一端的盖子，用滤纸将炫光管外擦干。将装有蒸馏水的炫光管放入旋光仪的暗箱中。盖上暗箱的盖子，按清零键，旋光仪显示“0.000”的读数。 4. 用台秤称取5g蔗糖，配置25ml蔗糖水溶液。并将配置好的蔗糖溶液倒入锥形瓶中，备用。 5. 量取25ml 4molL的盐酸于小烧杯中，迅速注入装有蔗糖溶液的锥形瓶中，徐苏混匀，即得到酸性蔗糖溶液，同时开始计时。 6. t的测定 用混合后的溶液迅速润洗干净的旋光管2-3次，尽快装入干净的旋光管中，注满，若有气泡，将气泡赶到旋光管中间位置的玻璃鼓肚中。迅速将旋光管放入旋光仪的暗箱中，盖好。开始每隔1分钟读取一次旋光度值，记录5次，再每隔2分钟读取一次，记录5此，然后每隔5分钟读取一次，记录4次，最后每隔10分钟读取一次，记录一次。45分钟后，停止。 7. a 的测定 将同一根旋光管洗净后装入已配置好且放置两天的同上述酸性蔗糖溶液，测定其旋光度并记录数值，即为a。 8. 实验结束后，将旋光管中的溶液倒掉，用自来水冲洗干净，放好。 9. 再记录一次实验室温度，并与第一次记录的实验室温度结合，取平均值，作为实验温度。 实验数据记录反应时间/minat at - aln（ at - a）12345791113152025303511.79811.29210.90210.48410.0549.1888.2967.4006.5105.6323.5841.8960.372-0.69815.86215.35614.96614.54814.11813.25212.3611.46410.5749.6967.6485.964.4363.3662.7642.7322.7062.6772.6472.5842.5142.4392.3582.2722.0341.7851.4901.214室温： 大气压： 盐酸浓度： a：-4.064实验数据记录38363432302826242220181614121086420AB 1.0 1.5 2.0 2.5 ln（ at - a）实验数据处理与结果A(1.8,26) B(2.75,2)斜率k=(26-2)/(1.8-2.75)= -25.263 所以速率常数k= -25.263半衰期t1/2=0.0693/k=0.0693/(-25.265)= -0.002743实验问题分析与讨论（1）蔗糖溶液为什么可以粗略配置？答：因为该反应为一级反应，反应物的初始浓度不影响反应速率常数且蔗糖浓度较大故只需要粗略配置