旋光法测量蔗糖水解反应速率常数.doc

实验七 旋光法测量蔗糖水解反应速率常数一、 目的要求1. 了解旋光仪的基本原理。2. 了解反应物浓度与旋光度之间的关系。3. 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。二、 基本原理 蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为： C12H22O11(蔗糖)H2OC6H12O6（葡萄糖）C6H12O6（果糖）它是一个二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反应可看作为一级反应。一级反应的速率方程可由下式表示： dc/dt=kc.c=kc (1)式中c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。上式积分可得：lnc0-lnc= kt (2)c0为反应开始时反应物浓度。当c=1/2 c0时，时间t可用t1/2表示，即为反应半衰期：t1/2(ln2)/k=0.693/k (3)从（2）式可看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc对t作图，可得一直线，由直线斜率即可求得反映速率常数k。然而反应是在不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。但蔗糖及其转化产物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度与反应物浓度c呈线性关系，即20Dlc (4) 作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度20D66.6；生成物葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度20D52.5；但果糖是左旋性物质，其比旋光度20D91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖的右旋性大，所以生成物呈现左旋性质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值。设体系最初的旋光度为： 0反c0 (t=0，蔗糖尚未转化) （5）体系最终的旋光度为： 生c0 (t=，蔗糖已完全转化) （6）式（5）和（6）中反和生分别为反应物与生成物的比例常数。当时间为t时，蔗糖浓度为c，此时旋光度为t，即 t反c(生c0c) (7)由式（5）、（6）和（7）联立可解得： c0（0）/（反生）（0） (8)c = (t -)/( 反生)= （ t） (9)将式（8）和（9）带入（2）式即得： ln（0）- ln (t -) = kt (10)显然，如以ln (t -)对t作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数k。三、 仪器 试剂旋光仪 移液管（25ml）2支 蔗糖（20g/10mL） HCl溶液（4mol/L）锥形瓶（150mL） 四、 实验步骤1. 旋光仪的零点校正2. 反应过程的旋光度测定：20mL蔗糖锥形瓶20mL验算混合均匀润洗旋光管2次注满旋光管（剩余溶液置于低于60度的水浴）擦干赶气泡测量旋光度并记下时间（1和t1）没间隔约5分钟测量一次，共测量7组数据。3. 的测量：上述7组数据测量完成后，倒掉旋光管中未完全水解的溶液，取出置于低于60度水浴的反应溶液，冷却至室温，用该溶液润洗2次旋光管，测量1，将旋光管再置于低于60度水浴加热5分钟，取出并冷却后再次测量旋光度2，直至两次测量的旋光度相等。五、 数据处理：1. 原始记录2. 画如下表格时间t/min旋光度/t-ln(t-)t1=07.3510.852.38t2=5.04.207.702.04t3=10.22.756.251.83t4=14.91.905.401.69t5=20.11.104.601.53t6=25.30.504.001.39t7=30.1-0.203.301.19-3.500/3. 作图注意：1纵坐标和横坐标的名称和单位要标出 2.作的直线应使图中的7个点均匀分布在直线两侧在直线上任取两点A和B，其坐标分别为（6.85,2.02）和（21.49,1.48）直线的斜率为：所以反应的速率常数为：k=0.037（min-1）半衰期六、 思考题：1.2.原始记录姓名： 班级： 学号： 旋光法测量蔗糖水解反应速率常数时间t/min旋