文档介绍：均相酸催化蔗糖水解反应指导老师:艳辉实验目的1、根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应,测量其反应速率常数。2、了解旋光仪的基本原理,掌握使用方法。3、研究不同种类酸催化对蔗糖水解反应反应速率常数的影响,验证布朗斯特德定律。4、研究不同浓度酸对蔗糖水解反应反应速率常数的影响,了解催化剂的比活性概念。实验原理1、蔗糖的水解反应和利用旋光法测水解速率常数的原理蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖:C12H22O11+H2O—→C6H12O6+C6H12O6(蔗糖)(葡萄糖)(果糖)其中,20℃时,蔗糖的比旋光度〔α〕=°;葡萄糖比旋光度〔α〕=°;果糖的比旋光度〔α〕=-°蔗糖水解反应,开始体系是右旋的角度大,随反应进行,旋光角度减少,变成左旋。蔗糖水解反应是一个二级反应,在纯水中此反应的速率极慢,通常在H+催化作用下进行,由于反应时水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应,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,蔗糖转化反应可作为一级反应。如果以c表示到达t时刻的反应物浓度,k表示反应速率常数,则一级反应的速率方程为:-dc/dt=kt对此式积分可得:lnc=-kt+lnc0式中c为反应过程中的浓度,c0为反应开始时的浓度。当c=c0/2时,时间为t1/2,称为半衰期。代入上式,得:t1/2=ln2/k=,以lnc对t作图,就可以求出反应的速率常数k。但直接测量反应物浓度比较困难。在这个反应中,利用体系在反应进程中的旋光度不同,来度量反应的进程。用旋光仪测出的旋光度值,与溶液中旋光物质的旋光能力、溶剂的性质、溶液的浓度、温度等因素有关,固定其它条件,可认为旋光度α与反应物浓度c成线性关系。物质的旋光能力用比旋光度来度量:蔗糖的比旋光度[α]D20=°,葡萄糖的比旋光度[α]D20=°,果糖是左旋性物质,它的比旋光度为[α]D20=-°。因此,在反应过程中,溶液的旋光度先是右旋的,随着反应的进行右旋角度不断减小,过零后再变成左旋,直至蔗糖完全转化,左旋角度达到最大。当t=0时,蔗糖尚未开始转化,溶液的旋光度为:α0=β反应物c0......1当蔗糖已完全转化时,体系的旋光度为:α∞=β生成物c0......2此处,β为旋光度与反应物浓度关系中的比例系数。时间t时,蔗糖浓度为c,旋光度应为:αt=β反应物c+β生成物(c0-c)......3由1、2式:由2、3式:代入lnc=-kt+lnc0式,可得:ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)根据实验测得的反应过程中的旋光度值计算ln(αt-α∞),再对时间作图,可得一条直线,根据直线斜率可求得反应速率常数。均相酸催化布朗斯特德定律在酸催化反应中包含了催化剂分子把质子转移给反应物,因此催化剂的效率常与酸催化剂的酸强度有关。在酸催化时,酸失去质子的趋势可用它的解离常数K来衡量:HA+H2O=H3O++A-酸催化反应速率常数ka应与酸的解离常数Ka成比例,实验表明,两者有如下的关系:ka=GaKaα或lgka=lgGa+αlgKa式中Ga,α均为常数,它决定于反应的种类和反应条件。对于碱催化的反应,碱的催化作用速率常数kb同样与它的解离常数Kb有如下的关系:kb=GbKbβ式中Gb,β均为常数,它决定于反应的种类和反应条件。3、催化剂的比活性催化活性是指催化剂催化物质发生反应的能力,是催化剂的重要性质之一。物质的催化活性是针对给定的化学反应而言的。通常,催化剂并不按照化学方程式计量关系进行作用,其用量可以是任意的。在相同条件下,反应速率与催化剂用量成正比,在均相催化中可以用生成中间化合物来解释。为了描述不同物质催化活性的差异,工业生产上常以每单位容积(或质量)催化剂在单位时间转化原料反应物的数量来表示,如每立方米催化剂在每小时能使原料转化的千克数。对于液相催化反应,通常用速率常数与催化剂浓度之比来表示比催化剂活性。比催化活性表明,催化剂的催化作用取决于其本性,而与用量无关。仪器药品旋光仪1台;停表1块锥形瓶(100ml)2个;移液管(20ml)2支蔗糖(分析纯);HCl溶液(2M);HCl溶液(4M);磷酸(4M);硫酸(2M);实验操作步骤测定不同浓度盐酸(2M和4M)催化蔗糖水解的速率常数,计算盐酸的比催化活性。(1)在室温下进行实验。(2)旋光仪零点校正:开启旋光仪,将光源开关拔至交流(AC),钠灯亮,经20分钟预热后使之发光稳。按测量开关,仪器进入待测状态。将装有蒸馏水的旋光管放入样品测量室,盖好箱盖,待显示读数稳定后,按清零钮完成校零。(3)2MHCl催化蔗糖水解过程中at的测定:用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中,然后再移取30