实验十三一级反应－旋光法测定蔗糖转化的速率常数.doc

实验十三 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1 目的要求 (1) 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。(2) 了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的使用方法。2 基本原理(1) 蔗糖转化的反应式为 (蔗糖) (葡萄糖) (果 糖)在纯水中此反应的速度极慢，通常需要H+催化作用下进行，该反应为二级反 应。但是由于水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可认为在反应过程中水的浓度是恒定的，而H+起催化作用，其浓度也保持不变。因此，蔗糖转化反应可 看作是一级反应。一级反应的速率方程表达式如下： （2.13.1)积分可得： (2.13.2)式中：c反应时间为t时的反应物浓度；c0反应物起始浓度；t反应时间；k反应速率常数。当c= 1/2 c0时，时间t可用t1/2表示，即反应的半衰期 (2.13.3)由式(2.13.2)可以看出， lnc对t作图，为一直线，直线的斜率为反应速率常数k。(若要直接测量不同时刻的反应物浓度，非常困难，但蔗糖及其转化产物都有旋光性，而且旋光能力不同，故可以利用系统在反应过程中旋光度的变化来度量反应的进程。 (2) 测量旋光性所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液的浓度、样品管长度、光源及温度等均有关系。当其它条件固定时，旋光度与反应物浓度c呈线性关系 。即 (2.13.4) 式中K为比例系数，与旋光 物质的本性有关。蔗糖是右旋物质，而反应产物混合物中，葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但其旋光能力较葡萄糖大，所以从总体上反应产物呈左旋性质。随着反应的进行，系统的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，系统的旋光度恰好等于零，而后就变成左旋，直到蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值。则 (蔗糖尚未分解t=0) (2.13.5)最后的溶液旋光度为则 (蔗糖全部转化t=) (2.13.6)式中K反、K产 分别表示反应物与产物之比例系数，c0为反应物的起始浓度，亦是生成物最后的浓度。 当时间为t时，蔗糖的浓度为ct，旋光度为t。则 (2.13.7)由式(2.13.5)和式(2.13.6)得 (2.13.8) (2.13.9) 可见，能以反应开始时与终了时旋光度之差代表蔗糖的(2.17.2)得 (2.13.10) 若以ln(t-)对t作图为一直线，从直线斜率可求出反应速率常数k。对于一级反应，因速率常数与反应物起始浓度无关，反应速率常数的测定可以从任一时刻开始。3 仪器 试剂自动旋光仪WZZ型 1台 蔗糖(分析纯) 水浴锅 1个 HCl溶液(4molL-1)普通温度计 1支 蒸馏水100ml烧杯 2个50ml量筒 2个4 实验步骤(1) 了解和熟悉WZZ型旋光仪的使用方法(见仪器说明书)。(2) 反应速率常数的测定配制浓度约为20%(质量百分数)的蔗糖溶液25ml，如有混浊应过滤。然后将25ml蔗糖溶液与2.5ml浓度为4molL-1的HCl溶液混合，并迅速以此混合液荡洗盛液管2次，然后装满盛液管。揩去管外的溶液，将盛液管安置在旋光仪的暗室中，开始测定旋光度。以开始时刻为t0,每隔2min读数1次，20min后每隔3min 读数1次，再读7个数据即可。然后关闭电源。测 ： 将盛液管取出，将反应液倒在烧杯里，连同原液一起在烧杯中用水浴加热，约30 min。水浴温度不要超过50，冷至室温测得旋光度。5 数据处理（1） 数据记录：时间旋光度t-Ln(t-)室温024202326(2) ln(t-)对t作图， 画出有代表性的直线。(3) 求出反应速率常数和半衰期。6 注意事项（1）反应液酸度很大，一定要擦净后再放入旋光仪暗箱内，以免腐蚀仪器 。实验结束后，将盛液管洗净。 (2) 每隔20min记1次室温，取平均值，作为测量温度， 并在不读数时，打开暗箱散热，读数前0.5min盖上。7 思考题(1) 本实验是否需要校正仪