蔗糖水解反应速度常数的测定

1、实验八 摩尔折射度的测定1、 实验目的 1.测定某些化合物的折光率和密度，求算化合物、基团和原子的摩尔折射度。判断化合物的分子结构。2.了解Clansius-Mosotti-Debye方程的意义及公式的使用范围。2、 实验原理对极性分子而言，分子的摩尔极化度P由三部分组成，即P=P（取向）+P（电子）+P（原子） (1)当处在交变电场中，根据交变电场的频率不同，极性分子的摩尔极化度P可以有以下三种不同情况：低频下（<1010/s）或者静电场中，P=P（取向）+P（电子）+P（原子）中频下（10121014/s）红外频率下，由于极性分子来不及沿电场取向，P（取向）=0，此时，P=P（变形）

2、=P（电子）+P（原子）。高频下（>1015/s）即紫外频率和可见光频率下，P（取向）=P（原子）=0, P=P(电子)。因此，只要在低频电场下测得P，在红外频率下测得P（变形），两者相减即可得到P（取向）。理论上有 (2)式中：L为阿伏伽德罗常数；k为波尔兹曼常数；T为热力学温度。由(2)式即可求出极性分子的永久偶极矩，从而了解分子结构的有关信息。由Clansius-Mosotti-Debye方程，分子的摩尔极化度P与介电常数、物质密度之间的关系为： (3)式中，M为被测物质的摩尔质量。由于在红外频率下测P（变形）比较困难，所以一般是在高频电场中测P（电子）。(此时P（取向）=0，P（

3、原子）=0，极性分子的摩尔极化度P= P(电子)根据光的电磁理论，在同一频率的高频电场的作用下。透明物质的介电常数e和折光率n的关系为： e=n2 (4) 一般的用摩尔折射度R2来表示高频区测得的摩尔极化度，即 (5)摩尔折射度是由于在光的照射下分子中电子云（主要是价电子云）相对于分子分子骨架的相对移动结果，可作为分子中电子极化率的量度。R有体积的因次。若以钠光D线为光源，所测得的折光率以nD表示，相应的摩尔折射度以RD表示。实验结果表明，R具有加和性，即R等于分子中各原子折射度及形成化学键时折射度的增量之和。离子化合物的摩尔折射度等于其离子折射度之和。利用R的加和性，可以根据物质的化学式算出

4、其各种同分异构体的折射度，与实验测定结果相比较，从而探讨原子间的键型及分子结构。表8-1列出了几种常见原子的折射度和形成化学键时的折射度的增量。表8-1常见原子的折射度和形成化学键时折射度的增量（cm3·mol-1）原子R原子RHCO(酯类)O(缩醛类)OH(醇)C1BrIN(脂肪族)N(芳香族)1.0282.5911.7641.6072.5465.8448.74113.9542.7444.243S(硫化物)CN(腈)键的增量单键双键叁键三元环四元环五元环六元环7.9215.45901.5751.9770.6140.317-0.19-0.15对于共价键化合物，摩尔折射度的加和性还可表

5、现为：分子的摩尔折射度等于分子中各个化学键摩尔折射度之和。例如乙酸甲酯(CH3COOCH3)和乙酸乙酯(CH3COOC2H5)的摩尔折射度之差为CH2基团的折射度；二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)的摩尔折射度减去两个CH2基团的折射度即为两个Cl原子的折射度。分子中若有共轭键存在，电子活动性提高，会产生超加折射度。若某化合物的摩尔折射度的实验值远超过原子加和所得的理论值，则可以判断分子中有共轭体系，复键或成环的可能性。三、仪器和试剂 1、仪器阿贝折光仪(如图8.1)、50mL容量瓶8个、恒温槽。 2、试剂CCl4、CH3COOC2H5、CH2ClCH2Cl、（CH3）2CO、C6H6、C2H5

6、OH、乙酸丁酯、乙酸异戊脂图8.1四、实验步骤 1.折射率的测定使用阿贝折射仪测定上述物质的折射率。(298.15K)2.密度的测定用容量瓶测定上述物质的密度。用循环水浴控制折光仪和容量瓶在相同温度条件下进行实验测定。控温精度要求±0.1K。5、 数据记录与处理 室温20.11.求算所测各化合物的密度及折光率，由式(5)求其摩尔折射度。 在室温下使用5mL或10mL容量瓶测量各化合物密度，具体数据见表8-2。表8-2 各化合物密度求算 体积V(mL)空瓶质量(g)总质量(g)试剂质量(g)(g/ml)CCl41017.776833.639615.86281.5863CH3COOC2H

7、5514.908519.36674.45820.8916CH2ClCH2Cl515.150621.56516.41451.2829(CH3)2CO514.445118.32583.88070.7761C6H61017.066325.77808.71170.8712C2H5OH514.668918.67934.01040.8021乙酸丁酯1016.825125.59008.76490.8765乙酸异戊酯1015.829224.49748.66820.8668使用恒温水槽，使阿贝折射仪温度在25，测量每个样品折射率3次，取平均值。每次测定之前都要用丙酮清洁折射仪。先用纯水标定折射仪，测得n蒸馏水=

8、1.3323，25下纯水的折射率为1.3325，故n修正=0.0002具体数据见表8-3。表8-3 各化合物折射率求算折射率n1折射率n2折射率n3折射率n平均修正n平均CCl41.45791.45821.45811.45811.4583CH3COOC2H51.37001.36981.36991.36991.3701CH2ClCH2Cl1.44241.44221.44221.44231.4425(CH3)2CO1.36351.36351.36341.36351.3637C6H61.49771.49791.49781.49781.4980C2H5OH1.36191.36191.36211.362

9、01.3622乙酸丁酯1.39211.39181.39181.39191.3921乙酸异戊酯1.39841.39821.39831.39831.3985 由表8-2,8-3，根据(5)式计算摩尔折射度R2，如下表8-4：(g/ml)折射率n平均M(g/mol)摩尔折射度R2(cm3·mol-1)CCl41.58631.4553153.8426.327CH3COOC2H50.89161.368888.1122.287CH2ClCH2Cl1.28291.457098.9721.012(CH3)2CO0.77611.363758.0816.668C6H60.87121.498078.112

10、6.282C2H5OH0.80211.362246.0712.746乙酸丁酯0.87651.3931116.1631.636乙酸异戊酯0.86681.3985130.1936.2902.由表8-1计算出八种物质的标准摩尔折射度与计算结果表8-5 实验值与理论值的比较R2(cm3·mol-1)CCl4CH3COOC2H5CH2ClCH2Cl(CH3)2CO理论值R225.96723.53420.98217.123实验值R226.32722.82721.01216.668相对误差(%)1.43.00.12.6R2(cm3·mol-1)C6H6C2H5OH乙酸丁酯乙酸异戊酯理论值

11、R226.28912.86832.82837.475实验值R226.28212.74631.63636.290相对误差(%)0.030.93.63.23.根据有关化合物的摩尔折射度，求出CH2、Cl、C、H等原子的折射度，并与表8-1结果比较。CH2的R2应为乙酸丁酯减乙酸乙酯的R2再除以2，故R2（CH2）=(31.636-22.287)/2=4.675Cl的R2为CH2ClCH2Cl的R2减去2个CH2的R2再除以2，R2（Cl）=21.012/2-4.605=5.901同理，R2（C）=R2(CCl4)-4×R2（Cl）=2.723R2（H）=（RD（CH2）-R2（C）/2=

12、0.976表8-6 实验值与理论值比较R2(cm3·mol-1)CH2ClCH理论值R24.6475.8442.5911.028实验值R24.6755.9012.7230.976相对误差(%)0.61.05.15.1六、思考与讨论1.在测量密度时没有用到密度管，而是用了5mL的容量瓶。容量瓶的误差在±0.01mL左右。这就使得所测密度带有一定的误差。此外，为了保证容量瓶内液体纯度，使用前要将容量瓶洗净吹干，待冷却到室温后，再去称量重量。若温度未冷却下来，则对分析天平的传感器会有影响，导致测得不准。待快装满液体时，将容量瓶在25恒温槽恒温，然后再注满液体，擦干瓶身，称量总重。

13、2.每次使用折光仪前都要用丙酮清洁样品盘，待干了之后再加样测量。折光仪的标尺零点有时会发生移动，因而需要用蒸馏水来校正其零点。由于眼睛在判断临界线是否处于准丝交点上时，容易疲劳，为了减少偶然误差，应转动手柄，重复测定3次，3个读数相差不能超过0.0002，然后取其平均值。3.从表8-5和表8-6可以看出，本次实验得到的数据有一定的误差。特别是在计算单个原子的摩尔折射度时，只要分子的摩尔折射度差了3%，那么计算原子的摩尔折射度时就会把误差值20*3%=0.6带入，相对误差会达到20%(假设原子摩尔折射度为3)，所以本实验中微小的失误就会对最后原子的摩尔折射度计算结果造成巨大的误差。从表8-5看，酯的误差普遍较大，而其他分子较小；从表8-6看，计算过程较多的C、H原子的R2误差较大，较少的前两个原子或原子团较小。分析原因，主要有以下几点：密度的影响。一方面密度的测量使用的是不太精确地容量瓶，会有系统误差。另一方面，密度的测量要与折射率的测量保持在同一温度，但是由于保温措施的不严格，很难保证温