实验四：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

1、1mol, 263.15K的过冷水于恒压101.325kPa下凝固为同温的冰, 求系统的熵变. 已知水在正常凝固点的凝固热为 6220 Jmol1. Cpm(水) = 75.3 Jmol1K1, Cpm(冰) = 37.6Jmol1K1.1mol, H2O(l)101.325kPaT1 =273.15K1mol, H2O (s)101.325kPaT1 = 273.15K可逆相变S(T1) 1mol, H2O(l)101.325kPaT2 =263.15K1mol, H2O (s)101.325kPaT2 = 263.15K不可逆S(T2) = ? S1S2S(T2) = S1 + S(T1)

2、 + S2 1(1)今有1 mol单原子理想气体, 始态压力为1013 kPa, 体积为224 dm3. 经绝热向真空膨胀至体积为224 dm3. (2)又绝热可逆地将膨胀后的上述气体压缩为224 dm3. 分别求(1), (2)两过程的Q, W, U, H和S. 设CVm = 3R/2.1mol, pgT1 = 273K p1 =1013kPaV1 = 224 dm31mol, pgT2 = T1 p2 V2 = 22.4dm3(1)Q = 0(1) 因 Q = 0, W = 0, U = Q + W = 0, 故 T = 0, H = 021mol, pgT1 = 273K p1 =101

3、3kPaV1 = 224 dm31mol, pgT2 = T1 p2 V2 = 22.4dm31mol, pg T3 = ? p3 V3 = 224 dm3(1)Q = 0(2)S = 031.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和半衰期。3.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。 实验目的4实验原理蔗糖转化反应为: C12H22O11+H2O C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 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，此反应可视为假一级反应。其动力学方程为 k为反

4、应速率常数;C为时间t时的反应物浓度5反应的半衰期实验原理6 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。 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)。当其它条件不变时，旋光度与浓度C成正比。实验原理7 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20D=66.6。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度20D=52.5；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度20D=-91.9。因此，随着水解反应的进行，右旋角不

5、断减小，最后经过零点变成左旋。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。实验原理8 t = K反 C + K生 （C0-C）0=K反 C0 =K生 C0若反应时间为0，t，时溶液的旋光度分别用0，t，表示。则:实验原理9 以ln(t-)对t作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反应速率常数 k 。进而可求得半衰期 t1/2ln(t-)=-kt+ ln(0-)实验原理10仪器与药品1.仪器 旋光仪（WZZ2A2B自动旋光仪 ）;旋光管;恒温槽;台称;停 表;烧杯;移液管(量筒）; 2.药品 HCl溶液(4moldm-3); 蔗糖(分析纯)。111.旋光仪零点的校正 ： 旋光管内注入

6、蒸馏水，使管内无气泡存在。旋紧套盖，勿使漏水。放入旋光仪中盖上槽盖，打开光源，调节目镜使视野清晰，然后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，重复操作三次，取其平均值，即为旋光 仪的零点。实验步骤122.蔗糖水解过程中t的测定 用台称称取10g蔗糖，放入100mL烧杯中，加入50mL 蒸馏水配成溶液。 用移液管取25mL蔗糖溶液置于100mL烧杯中。 移取25mL 4moldm-3HCl溶 液迅速倒入蔗糖中，并且在加入一半HCl时开始记时，将混合液装满旋光管。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。测量不同时间t时溶液的旋光度t。每隔一分钟，读取一次旋光度，测定45分钟。实验

7、步骤13 3.的测定： 将剩余的25mL蔗糖溶液与25mL 4moldm-3HCl溶 液混合，置于50的恒温槽中，恒温40min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，此值即可认为是实验步骤141将仪器电源插头插入220V交流电源，（要求使用交流电子稳压器1KVA），并将接地可靠接地。2向上打开电源开关，这时钠光灯的交流工作状态下起辉，经5分钟钠光灯激活后，钠光灯才发光稳定。3.向上打开光源开关，（若光源开并扳上后，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）。WZZ2B自动旋光仪操作方法：154.打开测量开关，这时数码管应有数字显示。5.将

8、装有蒸馏水或其它空白溶剂的试管放入样品室，盖上箱盖，待示数稳定后，按清零按钮。试管中若有气泡，应先让气泡浮在凸颈处；通光面两端的雾状水滴，应用软布揩干试管螺帽不宜旋得过紧，以免产生应为，影响读数。试管安放时应注意标记的位置和方向WZZ2B自动旋光仪操作方法：16数据处理将实验数据记录于下表温度: ;盐酸浓度： ;: 1. 以ln(t-)对t作图，由所得直线的斜率求 出反应速率常数k。 2. 计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2。17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是否需要零点校正?为什么? 2.蔗糖溶液为什么可粗略配制? 3.蔗糖的转化速

9、度和哪些因素有关? 18WZZ-2B型自动旋光仪 19WZZ-2B型自动旋光仪 20圆盘旋光仪 21WZZ2A2B自动旋光仪使用说明 WZZ2型自动旋光仪采用光电自动平衡原理，进行旋光测量，测量结果由数字显示，它既保持了WZZ1自动指示旋光仪稳定可靠的优点，又弥补了它的读数不方便的缺点，具有体积小，灵敏度高，没有人为误差，读数方便等特点。对目视旋光仪难以分析的低旋光仪品也能适应。旋光仪广泛用于医药、食品、有机化工等各个领域，22农业：农用抗菌素、家用激素、微生物农药及农产品淀粉含量等成份分析。医药：抗菌素、维生素、葡萄糖等药物分析，中草药药理研究。食品：食糖、味精、酱油等生产过程的控制及成品检查，食品含糖量的测定。石油：矿物油分析、石油发酵工艺的监视。香料：香精油分析。卫生事业：医院临床糖尿病分析。 仪器用途23将待测样品注入试管，盖好箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。逐次按下复测按钮，重复读数几次，取平均值作为样品的测定