蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定[教資材料]

1、蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、根據(jù)物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)研究蔗糖水解反應(yīng)，測定其反應(yīng)速率常數(shù)。2、了解旋光儀器儀的基本原理,掌握其使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理蔗糖在水中轉(zhuǎn)化成葡萄糖與果糖，其反應(yīng)為：它屬于二級(jí)反應(yīng)，在純水中此反應(yīng)的速率極慢，通常需要在H+離子催化作用下進(jìn)行。由于反應(yīng)時(shí)水大量存在，盡管有部分水分子參與反應(yīng)，仍可近似地認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)過程中水的濃度是恒定的，而且H+是催化劑,其濃度也保持不變。因此在一定濃度下，反應(yīng)速度只與蔗糖的濃度有關(guān)，蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)可看作為一級(jí)反應(yīng)。一級(jí)反應(yīng)的速率方程可由下式表示：式中：c為蔗糖溶液濃度，k為蔗糖在該條件下的水解反應(yīng)速率常數(shù)。令蔗糖開始水解反應(yīng)時(shí)濃度為c

2、0，水解到某時(shí)刻時(shí)的蔗糖濃度為ct，對上式進(jìn)行積分得：該反應(yīng)的半衰期與k的關(guān)系為：蔗糖及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應(yīng)進(jìn)程中旋光度的變化來度量反應(yīng)進(jìn)程。測量物質(zhì)旋光度所用的儀器稱為旋光儀。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的旋光能力，溶劑性質(zhì)，溶液濃度，樣品管長度及溫度等均有關(guān)系。當(dāng)溫度、波長、溶劑一定時(shí)，旋光度的數(shù)值為：或 為液層厚度，即盛裝溶液的旋光管的長度；為旋光物質(zhì)的體積摩爾濃度；為比旋光度；為溫度；為所用光源的波長。比例常數(shù)K與物質(zhì)旋光能力，溶劑性質(zhì)，樣品管長度，光源的波長，溶液溫度等有關(guān)?？梢姡舛扰c物質(zhì)的濃度有關(guān)，且溶液的旋光度為各組分旋光

3、度之和。作為反應(yīng)物的蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度；生成物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度；但果糖是左旋性物質(zhì)，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質(zhì)。因此隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系的右旋角不斷減小，反應(yīng)至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全轉(zhuǎn)化，這時(shí)左旋角達(dá)到最大值。反應(yīng)過程濃度變化轉(zhuǎn)變?yōu)樾舛茸兓寒?dāng)t=0時(shí)，溶液中只有蔗糖，溶液的旋光度值為： （1）當(dāng)t=時(shí)，蔗糖完全水解，溶液中只有葡萄糖和果糖。旋光度為： （2）當(dāng)t=t時(shí)，溶液中有蔗糖、果糖和葡萄糖，此時(shí)旋光度為： (3）經(jīng)數(shù)學(xué)處理得： （4） （5）即得： 三、儀器與試劑旋光

4、儀（1臺(tái)）；50ml容量瓶（1個(gè)）；5mL移液管（1支）；25ml移液管（1支）；錐形瓶（3個(gè)）；恒溫水水浴（1臺(tái)）；秒表（1個(gè)）；蔗糖；分析臺(tái)秤（1臺(tái)）；蔗糖；HCL溶液（2mol/L）。4、 實(shí)驗(yàn)步驟1溶液配制：稱取10克蔗糖放在燒杯中，加蒸餾水溶解，移至50ml容量瓶，加水稀釋至刻度。用25ml移液管移取蔗糖溶液于2個(gè)錐形瓶，準(zhǔn)確加入5ml2mol/L的HCl溶液，按下秒表開始計(jì)時(shí)（注意：秒表一經(jīng)啟動(dòng)，勿停直至實(shí)驗(yàn)完畢）。將其中一份放入恒溫水浴中加熱，另一份用另一個(gè)錐形瓶相互傾倒23次，使溶液混合均勻。2.測定：迅速用反應(yīng)混合液將旋光管管洗滌1次后，將反應(yīng)混合液裝滿旋光管，擦凈后放入旋光

5、儀，測定規(guī)定時(shí)間的旋光度。反應(yīng)前期可2min測一次，反應(yīng)速度變慢后可510min測一次，測至60min即可。3.的測量：將放入恒溫水浴中加熱的溶液使反應(yīng)充分后拿出，冷卻至室溫后測定體系的旋光度。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 室溫： 22.4 大氣壓： 101.36 反應(yīng)溫度： 22.4 = 2 = -4.67 表1蔗糖反應(yīng)液所測時(shí)間與旋光度數(shù)據(jù)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 根據(jù)上表數(shù)據(jù)，算出相應(yīng)的ln(t-)的數(shù)值計(jì)入表格，并以In(t-)對t作圖。圖1 由線性擬合得到：由直線斜率求出反應(yīng)速率常數(shù)k（直線斜率的相反數(shù)即為速率常數(shù)k），并計(jì)算反應(yīng)的半衰期即： 則速率常數(shù)：半衰期： 六、思考題1.蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)和哪些因素有關(guān)？與反應(yīng)溫度和反應(yīng)活化能有關(guān)2.反應(yīng)開始時(shí)，為什么將鹽酸倒入蔗糖溶液，而不是相反？因?yàn)辂}酸與蔗糖溶液反