文档介绍：实验一旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
一、实验目的与要求
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,掌握其使用方法及其在化学反应动力学测定中的应用。
二、实验重点与难点
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三、实验原理
蔗糖水溶液在有H+离子存在时,将发生水解反应生成葡萄糖与果糖,其反应为
C12H22O11(蔗糖)+H2O C6H12O6(葡萄糖)+C6H12O6(果糖)
这是一个二级反应,在纯水中该反应的反应速率极慢,
通常需要在H+离子的催化作用下进行。由于反应中水是大量存在的,尽管有部分的水分子参加了反应,但反应
中水的浓度变化极小,仍可近似认为整个反应中水的浓
度是恒定的,而H+作为催化剂,其浓度也始终保持不变。因此,蔗糖在酸性条件下的水解反应可看近似看
作一级反应。其动力学方程式为:
(1)
将(1)式积分可得
(2)
反应的半衰期: (3)
溶液的旋光度与溶液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。当其它条件固定时,旋光度与反应物浓度呈线性关系,即
(4)
为了比较各种物质的旋光能力,引入比旋光度这一概念,比旋光度可表示为
(5)
反应物蔗糖是右旋性物质,°;生成物中的葡萄糖也是右旋性物质,°,果糖是左旋性物质,比旋光度为-°。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大,所以生成物呈现左旋性质。因此随着反应的不断进行,体系的右旋角将不断减少,在反应进行到某一瞬间时,体系的旋光度恰等于零,随后为左旋角逐渐增大,直到蔗糖完全转化,体系的左旋角达到最大值。由于反应是不断进行的,要快速分析反应物的浓度很困难。因此,可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来度量反应进程。
设体系最初的旋光度为:
( t=0,蔗糖尚未转化) (6)
体系最终的旋光度:
( ,蔗糖已完全转化) (7)
当时间为t时刻时,蔗糖浓度为c,此时体系的旋光度为,即
(8)
将(6)、(7)、(8)式联立可解得:
(9)
(10)
将(9)式、(10)式代入(2)式中即得
(11)
显然,以对t作图,可得一直线,从直线的斜率即可求出反应速率常数。
本实验是用旋光仪来测定反应体系的、值,由(11)式求得蔗糖水解反应的反应速率常数,继而再求出半衰期。
四、实验仪器及药品
WZZ-2A自动旋光仪 1台天平 1台
磨口塞锥形瓶(100mL) 1个漏斗架、漏斗 1套
烧杯(50mL) 2个烧杯(150mL)1个
秒表 1个移液管(mL) 2支
盐酸溶液() 蔗糖(分析纯)
五、实验操作步骤

去离子水为非旋光性物质,可用来校正旋光仪。校正时,首先应将旋光管洗净,然后再将旋光管的两端分别加上玻璃窗片和橡皮垫圈,最后将螺丝帽盖盖上,使玻璃片紧贴住样品管口,从旋光管中部的开口处向管内灌满蒸馏水,此时管中若有气泡存在,则应尽量将气泡赶至旋光管中部的开口处,使旋光管中不存在气泡。在旋紧螺丝帽盖时,不宜用力过猛,以免将玻璃窗片压碎,旋光管的螺丝帽盖不宜旋得过紧,以防产生应力而影响读数的正确性。随后用滤纸将管外的水吸干,样品管两端的玻璃窗片用擦镜纸擦干净,然后将旋光管放入旋光仪的样品室中,盖上箱盖,待小数稳定后,按清零按钮清零。待数显框中出现零时,再按下“复测”键钮,数显框中再次出现零,重复上述操作三次,待示数稳定后,即校正完毕。注意,每次进行测试时样品管安放的位置和方向都应当保持一致。