蔗糖水解反应速率常数的测定

1、蔗糖水解反应速率常数的测定一、实验目的1、根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应速率常数。2、了解旋光仪器仪的基本原理,掌握其使用方法。二、实验原理蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：它属于二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水大量存在，尽管有部分水分子参与反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的，而且H+是催化剂,其浓度也保持不变。因此在一定浓度下，反应速度只与蔗糖的浓度有关，蔗糖转化反应可看作为一级反应。一级反应的速率方程可由下式表示：式中：c为蔗糖溶液浓度，k为蔗糖在该条件下的水解反应速率常数。令蔗糖开始水解反应时浓度为c

2、0，水解到某时刻时的蔗糖浓度为ct，对上式进行积分得：该反应的半衰期与k的关系为：蔗糖及其转化产物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应进程。测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力，溶剂性质，溶液浓度，样品管长度及温度等均有关系。当温度、波长、溶剂一定时，旋光度的数值为：或 为液层厚度，即盛装溶液的旋光管的长度；为旋光物质的体积摩尔浓度；为比旋光度；为温度；为所用光源的波长。比例常数K与物质旋光能力，溶剂性质，样品管长度，光源的波长，溶液温度等有关。可见，旋光度与物质的浓度有关，且溶液的旋光度为各组分旋光

3、度之和。作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度；生成物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度；但果糖是左旋性物质，其比旋光度。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值。反应过程浓度变化转变为旋光度变化：当t=0时，溶液中只有蔗糖，溶液的旋光度值为： （1）当t=时，蔗糖完全水解，溶液中只有葡萄糖和果糖。旋光度为： （2）当t=t时，溶液中有蔗糖、果糖和葡萄糖，此时旋光度为： (3）经数学处理得： （4） （5）即得： 三、仪器与试剂旋光

4、仪（1台）；50ml容量瓶（1个）；5mL移液管（1支）；25ml移液管（1支）；锥形瓶（3个）；恒温水水浴（1台）；秒表（1个）；蔗糖；分析台秤（1台）；蔗糖；HCL溶液（2mol/L）。4、 实验步骤1溶液配制：称取10克蔗糖放在烧杯中，加蒸馏水溶解，移至50ml容量瓶，加水稀释至刻度。用25ml移液管移取蔗糖溶液于2个锥形瓶，准确加入5ml2mol/L的HCl溶液，按下秒表开始计时（注意：秒表一经启动，勿停直至实验完毕）。将其中一份放入恒温水浴中加热，另一份用另一个锥形瓶相互倾倒23次，使溶液混合均匀。2.测定：迅速用反应混合液将旋光管管洗涤1次后，将反应混合液装满旋光管，擦净后放入旋光

5、仪，测定规定时间的旋光度。反应前期可2min测一次，反应速度变慢后可510min测一次，测至60min即可。3.的测量：将放入恒温水浴中加热的溶液使反应充分后拿出，冷却至室温后测定体系的旋光度。五、实验数据记录和处理 室温： 22.4 大气压： 101.36 反应温度： 22.4 = 2 = -4.67 表1蔗糖反应液所测时间与旋光度数据4681015203040506012.5512.3612.2612.0111.4910.799.587.635.844.012.846 2.835 2.829 2.814 2.783 2.738 2.657 2.510 2.352 2.161 根据上表数据，算出相应的ln(t-)的数值计入表格，并以In(t-)对t作图。图1 由线性拟合得到：由直线斜率求出反应速率常数k（直线斜率的相反数即为速率常数k），并计算反应的半衰期即： 则速率常数：半衰期： 六、思考题1.蔗糖水解反应速率常数和哪些因素有关？与反应温度和反应活化能有关2.反应开始时，为什么将盐酸倒入蔗糖溶液，而不是相反？因为盐酸与蔗糖溶液反