实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

1、实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1. I、实验目的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。n、实验原理蔗糖水溶液在有氢离子存在时产生水解反应：C12H22O1I+H2OH+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：a蔗d20=°a葡d20=°a果d20=°式中：a表示在20C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。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

2、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：lna/(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入这里是旋光度的奉献分别是入a、入b、入x、入y,它们与浓度的关系分别是：Aa=lA；Ab=mB；双=nX；?y=pY式中，l、m、n、p为比例常数。因X=Aa+入b+Ax+渺而在反应进程中:入a=l(a-x)；?b=m(b-x)=m(b-a)+(a-x)；双=nx；?y=px。入=(l+m)(

3、a-x)+m(b-a)+(n+p)x在2式右端加、减a(n+p)，然后合并得入=(l+m-n-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Zo=(l+m-n-p)a+m(b-a)+a(n+p)(4)3式-5式人壮=(l+m-n-p)(a-x)4式-5式S-入=(l+m-n-p)a闿=m(b-a)+a(n+p)将6、7式代入一级反应速率方程式1，得：ln(如X-)/(入-足)=kt8如果m、n、p为零，即这些物质与入无关，则入8=0,8式简化为lnk/入=kt9物性入可以是旋光度、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

4、级反应速率方程式:ln(a0-a°°)/(a-)=kt(10)(5)以ln(a-峪)对t作图，直线斜率即为-k。通常有两种方法测定a",一是将反应液放置48h以上，让其反应完全后测a8；一是将反应液在5060C水浴中加热半小时以上再冷到实验温度测a“°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a把在t和t+A代表一定的时间间隔测得的a分别用at和at+A表示，则有at-=(a0-a°°)ekt(11)at+-a°°=(a0-a00)e-k(t+*(1

5、2)11式-12式at-at+A=(a0-as)e-kt(1-e-kA)取对数ln(at-at+A)=ln(a0-a-)(1-e-kA)-kt(13)从13式可看出，只要保持不变，右端第一项为常数，从ln(at-at+a)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。m、仪器与试剂全自动旋光仪一套，容量瓶(50mlor25ml)一个，移液管(25ml)一支，100ml锥形瓶一个，50ml烧杯一个，搅拌棒一支；4moll-1HCl,蔗糖。IV、实验步骤先作仪器零点校正。将空的或装满水的旋光管置于旋光仪暗匣内，开亮光源，

6、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。在小烧杯中称取蔗糖约5g,用少量蒸储水溶解，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4moll-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，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。V、数据记录与处理1.取为30min,每5min取一次数据每

7、个点快速读取三个值而求平均值，列出记录表格:t/min也t(t+)/minat+Aat-at+Aln(at-at+a)Inm平均值Inm平均值510354015202530455055602. 以ln(at-at+a)对t作图，从所得直线斜率求k。VI、教学讨论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。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。1. 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：C12H22O1I+H2OH+C6H12O6+C6H1

8、2O6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。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，则须采用涉及反应开始和完毕时的物理量的速率方程。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防止副反应的干扰。

9、vn、思考题:t是否必须要实验中，我们用蒸储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a进行零点校正？1. 配制蔗糖溶液时称量不够精确，对测量结果有否影响？2. 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？3. 如果所用蔗糖不纯，对实验有什么影响？1. 皿、参考教材物理化学实验第三版罗澄源等编，高等教育出版社，P126-130,P311-314;物理化学实验第三版复旦大学等编，高等教育出版社，P9498,206-210。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

10、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。1. 二、仪器的使用方法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，假设光源开关扳上后，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. 将装有蒸储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。样品管中假设有气泡，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. 逐次撤下复测按钮，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，仪器在土45处来回振荡。此时，取出样品