实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

1、物理化学实验讲义 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验九 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数、实验目的1测定蔗糖在酸存在下的水解速率常数。2了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。3了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。、实验原理蔗糖水溶液在有氢离子存在时产生水解反应： c12h22o11 + h2o h+ c6h12o6 + c6h12o6 蔗糖 葡萄糖 果糖蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性物质，其比旋光度为：蔗d20= 66.65° 葡d20= 52.5° 果d20= -91.9° 式中：表示在20用钠黄光作光源测得的旋光度。正值表示右旋，负值表示左旋。

2、由于蔗糖的水解是能进行到底的，并且果糖的左旋远大于葡萄糖的右旋性，因此在反应进程中，将逐渐从右旋变向左旋。当氢离子浓度一定，蔗糖溶液较稀时，蔗糖水解为假一级反应，其速率方程式可写成： ln a/(a-x)= kt (1)式中：a蔗糖初浓度；x反应了的蔗糖浓度。当某物理量与反应物和产物浓度成正比，则可导出用物理量代替浓度的速率方程。为简单起见，设反应方程式为： a+bx+y设反应物和生成物对某物理量（这里是旋光度）的贡献分别是a、b、x、y，它们与浓度的关系分别是： a = la； b = mb； x = nx； y = py式中，l、m、n、p为比例常数。 因 =a +b+x+y而在反应进程中

3、：a = l(a-x)； b = m(b-x) = m (b-a)+(a-x) ； x= nx； y = px。故 =(l+ m)(a-x)+ m(b-a)+(n + p)x (2)在（2）式右端加、减 a(n+p)，然后合并得 =(l+ mn-p)(a-x)+ m(b-a)+a(n + p) (3) 反应开始时，a-x=a；反应完毕时，a-x=0 故 0=(l+m-n-p)a + m(b-a)+a(n+p) (4) =m(b-a)+a(n+p) (5)（3）式-（5）式 -=(l+m-n-p)(a-x) (6)（4）式-（5）式 0-=(l+m-n-p)a (7)将（6）、（7）式代入一级反

4、应速率方程式（1），得：ln(0-)/ (-)= kt （8）如果m、n、p为零，即这些物质与无关，则= 0，（8）式简化为 ln 0 /= kt （9）物性可以是旋光度、吸光度、体积、压力、电导等。对本实验而言，以旋光度代入（8）式，得一级反应速率方程式： ln(0-)/(-) = kt (10)以ln(-)对t作图，直线斜率即为-k。通常有两种方法测定，一是将反应液放置48h以上，让其反应完全后测；一是将反应液在5060水浴中加热半小时以上再冷到实验温度测。前一种方法时间太长，而后一种方法容易产生副反应，使溶液颜色变黄。本实验采用guggen法处理数据，可以不必测。把在t和t+（代表一定的

5、时间间隔）测得的分别用t和t+表示，则有 t - = (0-)e-kt (11) t+-= (0-)e-k(t+) (12)（11）式-（12）式 t -t+= (0-)e-kt(1- e-k)取对数 ln(t -t+) = ln (0-)(1-e-k) - kt (13)从（13）式可看出，只要保持不变，右端第一项为常数，从ln(t -t+)对t作图所得直线的斜率即可求得k。可选为半衰期的23倍，或反应接近完成的时间之半。本实验可取=30，每隔5min取一次读数。、仪器与试剂全自动旋光仪一套，容量瓶(50ml or 25ml)一个，移液管(25ml)一支，100ml锥形瓶一个，50ml烧杯一

6、个，搅拌棒一支；4mol·l-1hcl，蔗糖。、实验步骤1先作仪器零点校正。将空的或装满水的旋光管置于旋光仪暗匣内，开亮光源，眼对目镜，旋转检偏镜，同时调整焦距，直至视野亮度均匀，观察此时读到的旋光度是否为零，如不是零，需调整到零。（本实验所需数据为一相对值可不做零点校正）。2在小烧杯中称取蔗糖约5g，用少量蒸馏水溶解，倾入25ml容量瓶中，稀释至刻度，再倾入100ml锥形瓶中。又用25ml移液管吸取4mol·l-1盐酸溶液放入锥形瓶中，及时记录反应开始时间，混合均匀，尽快用此溶液淌洗旋光管后立即装满旋光管，盖上玻璃片，注意勿使管内存在气泡，旋紧管帽后(用滤纸擦去管外的溶液

7、，以防酸液腐蚀旋光仪)即放置在旋光仪中测出旋光度。此后每隔5min测一次，经一小时后停止实验。、数据记录与处理1取为30min，每5min取一次数据（每个点快速读取三个值而求平均值），列出记录表格：t/mint(t+)/mint+t-t+ln(t-t+)平均值平均值510152025303540455055602以ln(t-t+)对t作图，从所得直线斜率求k。、教学讨论1蔗糖在纯水中水解速率很慢，但在催化剂作用下会迅速加快，其反应速率大小不仅与催化剂种类有关而且与催化剂的浓度有关。2温度对测定反应速率影响很大，所以严格控制反应温度是做本实验的关键。建议在反应开始时溶液的混合操作在恒温箱中进行。

8、3蔗糖水解反应实为二级反应又为准一级反应。对于蔗糖水解：c12h22o11 + h2o h+ c6h12o6 + c6h12o6 蔗糖 葡萄糖 果糖该反应速率为：v=kc(c12h22o11)。因为溶剂水参加反尖，预计其速率定律应具有：v=kcm(c12h22o11)·cn(h2o)的形式。由于水是大量存在的，各次实验中，水的浓度几乎保持不变。因此，可以认为：k=kcn(h2o)。这个反应称为假一级反应，或准一级反应。4对一级反应来说，当某一物理量只与某一种反应物或产物的浓度成正比，则可在速率方程中直接用此物理量代替浓度计算速率常数。但如这一物理量与反应物和产物浓度都有关系，则须采用

9、涉及反应开始和完毕时的物理量的速率方程。5用guggenheim法处理数据可不必测量反应完毕时的物理量，这就大大地节约了时间和避免副反应的干扰。、思考题：1实验中，我们用蒸馏水来校正旋光仪的零点，试问在蔗糖转化反应过程中所测的旋光度t是否必须要进行零点校正？2配制蔗糖溶液时称量不够精确，对测量结果有否影响？3在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液里去，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去？为什么？4如果所用蔗糖不纯，对实验有什么影响？、参考教材1物理化学实验（第三版）罗澄源等编，高等教育出版社，p126130，p311314；2物理化学实验（第三版）复旦大学等编，高等教育出版社，p949

10、8，206210。wzz-2ab自动旋光仪使用说明一、仪器的作用旋光仪是测定物质旋光度的仪器。通过对样品旋光度的测定，可以分析确定物质的浓度、含量及纯度等。wzz-2型自动旋光仪采用光电检测自动平衡原理，进行自动测量。测量结果由数字显示。具有体积小，灵敏度高，没有入差，读数方便等特点。广泛用于医药、食品、有机化工等各个领域。二、仪器的使用方法1将仪器电源插头插入220v交流电源。2打开电源开关，这时钠光灯应启亮，需经5分钟钠光灯预热，使之发光稳定。3打开光源开关，（若光源开关扳上后，钠光灯熄灭，则再将光源开关上下重复扳动1到2次，使钠光灯在直流下点亮，为正常）。4打开测量开关，这时数码管应有数字显示。5将装有蒸馏水或其它空白溶剂的样品管放入样品室，盖上箱盖，待示数稳定后，按清零按钮。样品管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处；通光面两端的雾状水滴，应用软布揩干。样品管螺帽不宜旋得过紧，以免产生应力，影响读数。样品管安放时应注意标记的位置和方向。6取出样品管。将待测样品注入样品管，按相同的位置和方向放入样品室内，盖好箱盖。仪器数显窗将显示出样品的旋光度。7逐次揿下复测按钮，重复读几次数，取平均值作为样品的测定结果。8如样品超过测量范围，仪器在