2H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定.doc

旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数一、实验目的 1.了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系;2.测定蔗糖转化反应的速率常数;3.掌握旋光仪的基本原理及其使用方法; 4.了解H+对速率常数的影响。二、实验原理 蔗糖转化反应为: C12H22O11（蔗糖）+H2O C6H12O6 （葡萄糖） + C6H12O6（果糖） V=KC12H22O11 H2OD20=66.60 D20=52.50 D20=-91.90 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。该反应为二级反应。由于反应中水是大量的，可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。而H+是催化剂，其浓度也是固定的。所以，此反应可视为准一级反应。其动力学方程为 式中，k为反应速率常数;C为时间t时的反应物浓度。积分得: 式中，C0为反应物的初始浓度。以时间对浓度（tC），lnct作图，斜率即为k。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: 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)。可知，当其它条件不变时，旋光度与浓度C成正比。即: 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D 20=66.6。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度D 20=52.5；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度D 20=-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。（实验过程中，大约从14020之间，约需45分钟。）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: 0=K蔗糖C0 (表示蔗糖未转化) （1） =（K蔗糖+K葡萄糖）C0 (表示蔗糖已完全转化) （2）K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。 （3）三式联立可以解得:（1）-（2）得（3）-（2）得两式代入上式即得: 可见，以ln(t-)对t作图，由该直线的斜率即可求得反应速率常数k，半衰期t1/2。三、仪器与药品 1.仪器：WZZ-2B自动旋光仪1台 ; 旋光管1只 ; 超级恒温槽1套; 台称1台; 秒表一只; 烧杯(100mL)2 个; 移液管(25mL)2只 ; 移液管或量筒(50mL)1只 锥形瓶：1 个2.药品：HCl溶液(4mol/L、3mol/L、2mol/L/、1mol/L ) 蔗糖(分析纯)。 四、实验步骤 1.将恒温槽调节到(50.00.1)恒温，旋光仪先预热20分钟。 2.旋光仪零点的校正：旋光管注入蒸馏水，无气泡，旋紧，擦净，调节（圆盘旋光仪）目镜使视野清晰，旋转检偏镜至观察到的三分视野暗度相等为止，记下检偏镜之旋转角，即为旋光仪的零点。WZZ-2B自动旋光仪“清零” （本实验中可以不校正零点）3.蔗糖水解过程中t的测定：称取10g蔗糖，加入50mL蒸馏水配成溶液(若溶液浑浊，应先过滤)。用移液管取25mL蔗糖溶液置于100mL烧杯。移取25mL4moldm-3HCl溶液于另一100mL烧杯中。将HCl迅速倒入蔗糖中，充分混合，在加入HCl时开始记时。（若用移液管移取25mL 4mol/LHCl溶液直接加入到盛蔗糖溶液的烧杯中，则加入一半时开始计时）将混合液装满旋光管，测量不同时间t时溶液的旋光度t。测定时要迅速准确，当将三分视野暗度调节相同后，先记下时间，再读取旋光度。每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每1min读一次，15min后（读取15个数值），每2min读一次，再读取15个数值（30min）。共测定45min，30个数值。4.的测定:将混合液（25mL4mol/LHCl溶液+25mL蔗糖溶液）置于近50的水浴中，恒温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，持续约5 min，旋光度不发生变化，可以认为反应完全，此值即可认为是。若旋光度一直在变化，则还没有反应完全。 5重复上述实验,但将HCl浓度分别改成2mol/L、1mol/L/，分别测其at、a五、注意事项 1.装样品时，速度要快，才能保证初始旋光度在约140（12.90左右）。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。 2.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，减少副反应。 3.酸对仪器有腐蚀，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。 4.旋光仪中的钠光灯（波长589.3nm）不宜长时间开启，测量间隔较长时应熄灭，以免损坏。 不宜超过4小时，若时间较长，可停用1015 min，使钠光灯冷却后，再重新开启使用。六、数据记录与处理 1.将实验数据记录于下表: 温度: 11.75 盐酸浓度： 4 mol/L a: -4.448 ; 反应时间t（s）ataat-aIn（at-a）13711.944-4.44816.3922.79679321011.834-4.44816.2822.7900627711.734-4.44816.1822.783928711.732-4.44816.182.78377633311.63-4.44816.0782.77745238611.528-4.44815.9762.77108843811.426-4.44815.8742.76468344411.424-4.44815.8722.76455748411.322-4.44815.772.75810953611.218-4.44815.6662.75149353811.216-4.44815.6642.75136558211.104-4.44815.5522.74418964210.992-4.44815.442.73696267710.872-4.44815.322.72915973010.77-4.44815.2182.72247975710.652-4.44815.12.71469580710.54-4.44814.9882.7072584710.416-4.44814.8642.69894286110.41-4.44814.8582.69853890910.264-4.44814.7122.68866392110.262-4.44814.712.68852894410.16-4.44814.6082.68156995810.134-4.44814.5822.67978899310.018-4.44814.4662.67180110329.894-4.44814.3422.66319210579.878-4.44814.3262.66207610879.762-4.44814.212.65394611209.634-4.44814.0822.64489711409.606-4.44814.0542.64290711809.498-4.44813.9462.63519312009.284-4.44813.7322.61972912789.182-4.44813.632.61227313049.054-4.44813.5022.60283813458.934-4.44813.3822.59391113848.83-4.44813.2782.58610914278.722-4.44813.172.57794214498.608-4.44813.0562.56924814808.506-4.44812.9542.56140515258.386-4.44812.8342.55209815558.26-4.44812.7082.54223215868.23-4.44812.6782.53986816208.126-4.44812.5742.53163116807.896-4.44812.3442.5131717707.522-4.44811.972.48240418307.382-4.44811.832.47063918587.222-4.44811.672.45702119037.11-4.44811.5582.44737819277.002-4.44811.452.4379919686.852-4.44811.32.424803温度: 11.75 盐酸浓度： 2mol/L a: -4.17; 反应时间t（s）ataat-aIn（at-a）17111.804-4.1715.9742.77096233511.7-4.1715.872.76443146411.6-4.1715.772.75810957011.5-4.1715.672.75174867311.392-4.1715.5622.74483277011.284-4.1715.4542.73786887111.182-4.1715.3522.73124693411.076-4.1715.2462.724317100610.972-4.1715.1422.717472107610.862-4.1715.0322.710181110510.86-4.1715.032.710048115410.756-4.1714.9262.703105121510.654-4.1714.8242.696247128210.544-4.1714.7142.688799134610.44-4.1714.612.681706142210.33-4.1714.52.674149146510.23-4.1714.42.667228153010.112-4.1714.2822.659159810.01-4.1714.182.65183316609.908-4.1714.0782.64461317009.806-4.1713.9762.63734217509.704-4.1713.8742.63001718779.502-4.1713.6722.6153519209.4-4.1713.572.607861温度: 11.75 盐酸浓度： 1 mol/L a:-3.95 ; 反应时间t（s）ataat-aIn（at-a）14811.898-3.9515.8482.76304347511.796-3.9515.7462.75658669611.694-3.9515.6442.75008787411.592-3.9515.5422.743546102011.488-3.9515.4382.736832115411.384-3.9515.3342.730073126911.278-3.9515.2282.723136139511.17-3.9515.122.716018149011.068-3.9515.0182.709249160410.964-3.9514.9142.7023169010.86-3.9514.812.695303178010.758-3.9514.7082.688392186910.652-3.9514.6022.681159187910.65-3.9514.62.681022196510.544-3.9514.4942.673735205210.442-3.9514.3922.6666722.做不同HCL浓度下的ln(t-)对t作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k。总结HCl对速率常数的影响。 。由数据得到的图。4mol/L盐酸2mol/L盐酸由图可知：K=2.05392E-4 由图可知：k=9.70428E-51mol/L盐酸由图可知：K=5.36717E-5盐酸的浓度c（mol/L）速率常数k4mol/L盐酸k=2.05392E-42mol/L盐酸k=9.70428E-51mol/L盐酸k=5.36717E-5由此表作图可得 C(mol/L)K=5.10879E-5【思考问题】 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