蔗糖转化反应动力学 实验报告

蔗糖转化反应动力学姓名：学号：班级：1实验目的测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期。了解旋光度的概念，学习旋光度的测量方法及在化学反应动力学研究中的应用。2原理蔗糖在水溶液中的转化反应为此反应是一个二级反应，在纯水中反应速率极慢，通常需要在H+的催化作用下进行。当蔗糖含量不大时，反应过程中水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可认为整个反应过程中水的浓度是恒定的。H+是催化剂，其浓度也保持不变。则此蔗糖转化反应可以看作是准一级反应，反应速率为 式中：k为蔗糖转化反应速率常数，c蔗为时间t时蔗糖的浓度。当t＝0时，当时，相应的时间t即为半衰期，且 测定不同t时的c蔗可求得k。在化学反应动力学研究中，要求能实时测定某反应物或生成物的浓度，且测量过程对反应过程没有干扰，本实验通过测量旋光度来代替反应物或生成物浓度的测量。旋光性物质的旋光角 式中：αm为旋光性物质的质量旋光本领，与温度、溶剂、偏振光波长等有关；m为旋光性物质在截面积为A的线性偏振光束途径中的质量。由此式可得 M为旋光性物质的摩尔质量，l为旋光管的长度。当温度、溶剂、偏振光波长、旋光物质与旋光管长度一定时，将上式改写为 式中A为常数。当旋光管中同时存在多种旋光性物质时，总的旋光角等于各旋光性物质旋光角之和。蔗糖、葡萄糖和果糖都具有旋光性，但旋光能力不同，因此，随着反应的进行，蔗糖、葡萄糖、果糖的浓度发生变化，总旋光角也发生变化。蔗糖、葡萄糖为右旋，果糖为左旋。所以反应过程中右旋角不断减小，反应完毕时溶液呈左旋。蔗糖水解反应过程中，不同时间t时，反应物、生成物浓度为得以对t作图，则图为一直线，由直线斜率可求得蔗糖转化反应速率常数k。3仪器和试剂旋光仪 恒温槽 磨口塞锥形瓶（250ml） 烧杯（100ml、1000ml）移液管（50ml） 蔗糖（A.R.）HCl溶液 容量瓶（50ml）4实验操作打开恒温槽，将设定温度调至55℃配制溶液：10.0g蔗糖用少量水溶解，注入50ml容量瓶，稀至刻度。配制盐酸溶液50mlHCl溶液（3.0mol·dm-3）于干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中。将蔗糖溶液倒入另一干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中，将50mlHCl溶液迅速倒入蔗糖溶液中，同时开动秒表计时。两瓶应来回倒几次，使溶液倒尽，并加塞混匀。迅速取少量混合液洗涤旋光测试管两次，在测试管内装满混合液，用镜头纸将测试管两端玻璃片擦干，迅速放入旋光仪内，测量第一个数据α1，同时记录时间，测定α1尽量在3min内完成。以后每隔2min测一次。至少测量至旋光度为负值（左旋）。将剩余混合液置于55℃水浴内保温30min，然后冷却至实验温度测α∞所测旋光角为室温下值，取平均值。充分洗净测试管，擦净后放回仪器盒，以防酸蚀。洗净锥形瓶并晾干。5注意事项本实验用HCl溶液作催化剂，如果HCl溶液浓度改变，蔗糖转化速率也会变化。为了获得α∞，将溶液置于50~60℃的水浴内恒温，注意温度不能高于60测试中有酸，旋光测定管使用后，应确保充分洗净，以防止金属部分腐蚀。6数据记录及处理列表记录实验条件、时间t及相应旋光角αt，会出αt-t曲线。以ln(αt-α∞)对t作图，根据（7）式斜率的反应速率常数k，并计算半衰期t1/2.编号12345时间/min1.003.004.426.007.50旋光角/度19.914.5411.39.958.653.18752.93752.74912.65882.563467891011128.5010.0011.3312.5013.5015.0016.507.556.455.564.784.13.12.42.47482.37762.29152.20932.13172.00551.90651314151617181918.0019.1720.1721.3322.0022.50∞1.6351.120.710.25-0.1-0.57-4.331.78591.69561.61741.52161.44221.3244αt-t图线：将αt依次带入，得到ln(αt1α∞)，再以t为横轴，为ln(αt-α∞)纵轴作图得下图：实验总结：在本次实验的过程中使用了旋光仪，学习了旋光度在测量溶液浓度方面的应用，对于实际操作而言：分解反应一直在298K的恒温槽中进行，测试管在不进行测量时也一直放置在298K的恒温槽中保温，因此反应温度和测试温度都达到了实验要求。在进行了3次测量以后，我组发现恒温槽温度略高于其标定的25℃，我组由此更换了恒温槽以确保实验准确，所以我组尽量在初值误差对测量造成明显影响之前完成测量。实验是理论的坚实基础。只有在实验中探索和发现才能有收获。思考题：计算理论值。解：α=0.232a∞=amMlc又因为两旋光度数据：0.92×10-2、-1.60×10-2(rad*m2*kg-1)得：α∞=（αm(葡萄糖)·M（葡萄糖）+αm（蔗糖）·M（蔗糖））·l·c=(0.92e-2ra·m2·kg-1X1000X180g·mol-1-1.60e-2rad·m2·kg-1X1000X180g·mol-1)x0.1mx(10g/342g·mol-1/0.05l=-0.07158考虑到反应物有水，产物浓度会变高，所以与实际情况吻合。(2) 配制蔗糖溶液时为什么使用精度0.1g的天平，而无需使用精度为0.0001g的天平？答：蔗糖需要10.0g，即要求使用精度为0.1g的天