文档介绍：Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse蚈实验八旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数羄螄【目的要求】蚁 1、根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应,测定其反应速度常数,计算反应的半衰期,并根据阿伦尼乌斯公式求算蔗糖转化的活化能。螈2、了解旋光仪的基本原理、掌握使用方法。莄3了解一级反应速率公式及动力学特点,熟悉准一级反应的速率公式。膂【基本原理】葿蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为袈C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖螅为使水解反应加速,反应常常以H3O+为催化剂,故在酸性介质中进行,本实验采用2MHCl。由于在较稀的蔗糖溶液中,水是大量的,反应达终点时,虽然有部分水分子参加了反应,但与溶质(蔗糖)浓度相比可以认为它的浓度没有改变。因此,在一定的酸度下,反应速度只与蔗糖的浓度有关,所以该反应可视为一级反应(动力学中称之为准一级反应)。该反应的速度方程为:袄-dC/dt=kC芈其中C为蔗糖溶液的浓度,k为蔗糖在该条件下的水解反应速度常数令蔗糖开始水解反应时的浓度C0,水解到某时刻时的蔗糖浓度为Ct,对上式进行积分得:羈lnC0/Ct=kt膆该反应的半衰期与k的关系为:莂t1/2=ln2/k芁蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性的物质,即都能使透过它们的偏振光的振动面旋转一定的角度,称为旋光度,以表示。其中蔗糖、葡萄糖能使偏振光的振动面按顺时针方向旋转,为右旋光性物质,旋光度为正值。而果糖能使偏振光的振动面按逆时针方向旋转,为左旋光性物质,旋光度为负值。量度旋光度的仪器为旋光仪,当温度、波长及溶剂一定时,旋光度的数值为:肈=lCm或=lC莃 l——液层厚度,即盛装溶液的旋光管的长度, Cm,C——旋光物质的质量摩尔浓度,体积摩尔浓度——比旋光度,t为温度,D为所用光源的波长。在其他条件不变的情况下,旋光度与反应物浓度C成正比。即:肄=K’C肀 K’——是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、溶液温度等有关的常数。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度之和。反应进程中,溶液的旋光度变化情况如下: 当反应开始时,t=0,溶液只有蔗糖的右旋,旋光度为正值,随着反应的进行,蔗糖溶液减少,葡萄糖和果糖浓度增大,由于果糖的左旋能力强于葡萄糖的右旋。整体来说,溶液的旋光度随着时间而减少。当反应进行完全时,蔗糖溶液为零,溶液中只有葡萄糖和果糖,这时,溶液的旋光度为负值。可见,反应过程中物质浓度的变化可以用旋光度来代替表示。***下面将反应过程中浓度变化转变为旋光度的变化。螄C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖薂 t=0 C0 0 0 t=t Ct C0-Ct C0-Ct t= 0 C0 C0 当t=0时,溶液中只有蔗糖,溶液的旋光度值为: 0=k蔗糖C0——①当t=时,溶液中只有葡萄和果糖,溶液的旋光度值为: =(k葡+k果)C0——②当t=t时,溶液中有葡萄糖和果糖,此时溶液的旋光度值为蝿t =k蔗糖Ct+(k葡+k果)(C0-Ct)——③芇①-②得:0 - =[k蔗糖-(k葡+k果)]C0膅即:C0=(0-)/[k蔗糖-(k葡+k果)]——④芄③-②得:t - = k蔗糖Ct+(k葡+k果)(C0-Ct)-(k葡+k果)C0 = k蔗糖Ct+(k葡+k果)C0-(k葡+k果)Ct-(k葡+k果)C0 = k蔗糖Ct-(k葡+k果)Ct = [k蔗糖-(k葡+k果)]Ct 即:Ct=(t-)/[k蔗糖-(k葡+k果)]——⑤袂将④和⑤两式代入 lnC0/Ct=kt 中:芇ln(0-)/(t-)=kt——⑥ln(t-)=-kt+ln(0-)——⑦薆从上式可见,以ln(t-)对t作图,可得一直线,由直线斜率可求得速度常数k。由于将蔗糖溶解于水中,加入HCl后,还得将溶液装入旋光管中,这需要时间,因此无法测定反应开始时的0。实验过程只能测定反应终了时的和有不同时间t下的t。但可通过作图可求得0。蚂【仪器和试剂】薁旋光仪 1台旋光管 1套记时器(秒表) 1块莇容量瓶(50ml) 1个锥形瓶(100ml) 2个托盘天平 1台羇烧杯(50ml,100ml) 各1个移液管(25ml) 2支莃 2MHClipiy溶液,蔗糖(分析纯)莀【操作步骤】蒇 1、恒温(不作处理)肃 2、旋光仪零点的校正:用蒸馏水调试旋光仪。测试三次蒸馏水的旋光度值,取其平均值。此为旋光仪的零点。袁 3、蔗糖水解过程中不同时间t下的t的测定膈①10g蔗糖→50ml水溶液(50ml容量瓶),如有混浊,需过滤。薇②25ml蔗糖溶液→100ml锥形瓶→恒温10~15min蒄 50ml2mol/LHCl→100ml锥形瓶→恒温10~15min薃③25ml2mo