蔗糖水解速率常數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、蔗糖水解速率常數(shù)的測定一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.測定蔗糖水溶液在H+催化下轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速度常數(shù)和半衰期。2.掌握旋光儀的使用。二 實(shí)驗(yàn)原理：蔗糖水解反應(yīng)式為：蔗糖 葡萄糖 果糖H+是催化劑，如果無H+存在，反應(yīng)速度極慢，此反應(yīng)是二級(jí)反應(yīng)。但由于反應(yīng)時(shí)水是大量存在的，整個(gè)反應(yīng)過程中水的濃度可近似為恒定，因此可視為準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速度方程如下： （18-1）式中CA為t時(shí)刻的蔗糖濃度，為反應(yīng)速度常數(shù)。若令蔗糖起始濃度為CA.0，（18-1）式積分得： （18-2）由于蔗糖、葡萄糖和果糖都含有不對(duì)稱的碳原子，它們都是旋光性物質(zhì)，但它們的旋光能力各不相同，其中蔗糖右旋，比旋光度，葡萄糖右旋，比旋光度，果糖左旋，

2、比旋光度，所以隨著反應(yīng)的進(jìn)行，物質(zhì)的旋光度不斷變化，由右旋逐漸變?yōu)樽笮?，故可利用體系在反應(yīng)過程中旋光度的變化來量度反應(yīng)的進(jìn)程。 旋光度的測量可使用旋光儀（見第2章 常用儀器簡介 2.6.旋光儀）。當(dāng)樣品管長度，光波波長、溫度、溶劑等其他條件都不變時(shí)，溶液旋光度與其中旋光性物質(zhì)濃度C呈線性關(guān)系。 （18-3） 式中比例常數(shù)K與物質(zhì)的旋光能力、溶劑性質(zhì)、樣品管長度、溫度等有關(guān)。旋光度只有相對(duì)含義，它因?qū)嶒?yàn)條件的不同會(huì)有很大的差異。物質(zhì)的旋光能力可用比旋光度來度量，比旋光度用下式表示： （18-4）式中：20為實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度20；D是指所用鈉光燈源D線，波長為589nm；為測得的旋光度（單位：度）；為

3、樣品管的長度（單位：厘米）；C為濃度（單位：克/mL）。 設(shè)反應(yīng)初始時(shí)即t=0時(shí)，蔗糖的濃度為CA，O，當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，蔗糖的濃度為CA 。則 （t=0，蔗糖尚未水解） (18-5) （t=，蔗糖完全轉(zhuǎn)化) (18-6)(18-5)、（18-6）式中和分別為反應(yīng)物與生成物的比例系數(shù)。 而當(dāng)t=t時(shí)， （18-7）由（18-5）、（18-6）、（18-7）式可以解得： （18-8) （18-9）將（18-8）、（18-9）兩式代入（18-2）式，整理得： （18-10）由（18-10）式可以看出，以lg(t-)對(duì)t作圖為一直線，斜率，可求得反應(yīng)速度常數(shù)k，半衰期也可求得。三 實(shí)驗(yàn)步驟：1調(diào)節(jié)空氣恒

4、溫箱溫度在25，用蒸餾水校正旋光儀的零點(diǎn)，熟悉旋光儀的調(diào)節(jié)和讀數(shù)。2將蔗糖溶液、3.0mol·L-1HCl溶液、反應(yīng)完畢液（為節(jié)省同學(xué)時(shí)間，相同的反應(yīng)完畢液實(shí)驗(yàn)室已準(zhǔn)備好。方法是室溫下靜置24小時(shí)以上或于50恒溫2個(gè)小時(shí)）分別置于錐形瓶中，放在已調(diào)節(jié)到25的恒溫槽中恒溫。3用移液管吸取已恒溫的10.00mL蔗糖溶液至干燥的錐形瓶中，再用另一支移液管吸取已恒溫的10.00mL3.0 mol·L-1HCl溶液加入其中（HCl溶液流出一半時(shí)即按下秒表開始記時(shí)）。迅速混合均勻，并用少量此溶液沖洗10cm長的樣品管二次，然后將反應(yīng)液充滿樣品管，蓋好蓋子并擦干樣品管外部，立即將樣品管放

5、入旋光儀，調(diào)節(jié)至三分視界消失、暗度相等，先準(zhǔn)確記下時(shí)間，再讀取此時(shí)的旋光度讀數(shù)。開始的20分鐘內(nèi)每2分鐘測取一次讀數(shù)，此后隨著反應(yīng)速度變慢，可將時(shí)間間隔逐漸適當(dāng)放長，每35分鐘測取一次讀數(shù)，大約連續(xù)測量1.5小時(shí)，讀數(shù)間隔時(shí)間如較長，可暫時(shí)關(guān)閉光源。4如上法測定實(shí)驗(yàn)溫度下反應(yīng)完畢液的旋光度 。注意事項(xiàng)：1樣品管通常有10厘米和20厘米兩種長度，一般選用10厘米長度的，這樣換算成比旋光度時(shí)較方便。但對(duì)于旋光能力較弱或溶液濃度太稀的樣品，需用20厘米長的樣品管。2旋光度受溫度的影響較敏感，一般來說，旋光度具有負(fù)的溫度系數(shù)，其間不存在簡單的線性關(guān)系，且隨物質(zhì)的構(gòu)型不同而異，但一般均在-（0.010.

6、04）度-1之間，因此，在精密測定時(shí)必須用裝有恒溫水夾套的樣品管，恒溫水由超級(jí)恒溫槽循環(huán)控制。3樣品管的玻璃窗片是由光學(xué)玻璃制成的，用螺絲帽蓋及橡皮墊圈擰緊時(shí)，不能擰得過緊，以不漏水為限，否則，光學(xué)玻璃會(huì)受應(yīng)力而產(chǎn)生一種附加的偏振作用，給測量造成誤差。4配制蔗糖溶液前，應(yīng)先將其經(jīng)380K烘干。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)將樣品管洗凈，防止酸腐蝕樣品管蓋。同時(shí)，應(yīng)將錐形瓶洗干凈再干燥，以免發(fā)生碳化。四 數(shù)據(jù)記錄與處理：實(shí)驗(yàn)溫度_25_氣壓_1atm_ -2.25 _時(shí)間tt-lg (t-)2566.608.850.9469432714446.458.70.9395192536396.308.550.93196

7、61158186.158.40.92427928610086.008.250.91645394911565.808.050.9057958813405.607.850.89486965715525.257.50.87506126317514.957.20.85733249619504.807.050.84818911722234.506.750.82930377325194.156.40.80617997428253.856.10.78532983531423.605.850.76715586634203.255.50.74036268937253.055.30.7242758740592.6

8、04.850.68574173945312.304.550.65801139749381.703.950.59659709654521.453.70.56820172458231.153.40.53147891762520.803.050.48429983967040.502.750.43933269471440.252.50.39794000976360.002.250.3521825188048-0.2520.3010299961 算各時(shí)間t的t-和lg (t-)數(shù)值，填入上表。2 lg (t-)對(duì)t作圖，由直線斜率求反應(yīng)速度常數(shù)k，并計(jì)算半衰期t1/2 。由曲線可得其斜率為-0.0082

9、7，近而求出反應(yīng)速率常數(shù)k=3.174×10-4s-1, =2183s思考與討論1本實(shí)驗(yàn)中是否需要對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行零點(diǎn)校正？2為什么t=0時(shí)，反應(yīng)液的旋光度可以不測？是否可在測定第一個(gè)旋光度時(shí)開始計(jì)時(shí)？為什么？3在混合蔗糖溶液和HCl溶液時(shí)，可否把蔗糖溶液加入到HCl溶液中去？為什么？4本實(shí)驗(yàn)中如果不把剩余反應(yīng)液在恒溫槽中加熱2小時(shí)，則可以在室溫下放24小時(shí)后再測 ，兩種方法t不同，對(duì)測定速度常數(shù)k有無影響？通常說反應(yīng)速度常數(shù)k要隨溫度而變化，采用2小時(shí)的方法測定 ，是否會(huì)影響k的數(shù)值？五、思考題1、說出蔗糖溶液在酸性介質(zhì)中水解反應(yīng)的產(chǎn)物是什么？此反應(yīng)為幾級(jí)反應(yīng)？答案：準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)2、

10、WZZ-2S數(shù)字式旋光儀的使用分為哪幾步？答案：.打開電源開關(guān)(POWER儀器左側(cè)),待5-10分鐘使鈉燈發(fā)光穩(wěn)定。.打開光源開關(guān)(LIGHT儀器左側(cè)),開關(guān)指DC檔,此時(shí)鈉燈在直流電下點(diǎn)燃。.按“測量”鍵,液晶顯示屏應(yīng)有數(shù)字顯示。.清零 .測量3、旋光管中的液體有氣泡是否會(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？應(yīng)如何操作？答案：會(huì)，若管中液體有微小氣泡，可將其趕至管一端的凸起部分。4、本實(shí)驗(yàn)為什么可以通過測定反應(yīng)系統(tǒng)的旋光度來度量反應(yīng)進(jìn)程？ 答案：在本實(shí)驗(yàn)中，蔗糖及其水解產(chǎn)物都具有旋光性，即能夠通過它們的旋光度來量度其濃度。蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以隨水解反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)體系的旋光度會(huì)由右旋逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽?/p>

11、旋，因此可以利用體系在反應(yīng)過程中旋光度的改變來量度反應(yīng)的進(jìn)程。5、旋光法測定蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)實(shí)驗(yàn)分哪幾步？答案：.調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度在30±0.1。 .溶液配制與恒溫。.儀器零點(diǎn)校正。 .測量（1）t的測定（2）的測定 6、反應(yīng)開始時(shí)，為什么將鹽酸溶液倒入蔗糖溶液中，而不是相反？答案：因?yàn)閷⒎磻?yīng)物蔗糖加入到大量HCl溶液時(shí)，由于H+的濃度高，反應(yīng)速率大，一旦加入蔗糖則馬上會(huì)分解產(chǎn)生果糖和葡萄糖，則在放出一半開始時(shí)，已經(jīng)有一部分蔗糖產(chǎn)生了反應(yīng)，記錄t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的旋光度已經(jīng)不再準(zhǔn)確，影響測量結(jié)果。反之，將HCl溶液加到蔗糖溶液中去，由于H+的濃度小，反應(yīng)速率小，計(jì)時(shí)之前所進(jìn)行的反應(yīng)的量

12、很小。7、的測量時(shí)間是否正好為5， 10，60分鐘? 蔗糖水解過程中體系的旋光度增大還是減小？答案：不是，應(yīng)在旋光度讀數(shù)穩(wěn)定后，先記錄精確的反應(yīng)時(shí)間，幾分幾秒，再讀旋光度。由于反應(yīng)體系的旋光度會(huì)由右旋逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮崽撬膺^程中旋光度是在不斷減小。8、加入蔗糖中的蒸餾水的量有無限制？為什么？ 答案：有,不能加太多,因要移到25ml容量瓶。9、本實(shí)驗(yàn)需測哪些物理量？是如何測得的？答案：本實(shí)驗(yàn)需測不同時(shí)刻的及。：將剩余混合液置于50-60的水浴中加熱30分鐘，以加速水解反應(yīng)，然后冷卻至實(shí)驗(yàn)溫度，測其旋光度，此值即可認(rèn)為是。10、氫離子濃度對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)測定是否有影響？答案：有影響。因 值與溫度和

13、催化劑的濃度有關(guān)。11、實(shí)驗(yàn)中，為什么用蒸餾水來校正旋光儀的零點(diǎn)?答案：主要是因?yàn)檎崽侨芤阂哉麴s水作溶劑，這樣就消除了溶劑時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。故用純蒸餾水作零點(diǎn)校正。且蒸餾水沒有旋光性，其旋光度為零。12、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后為什么必須將旋光管洗凈？答案：防止酸對(duì)旋光管的腐蝕。13、記錄反應(yīng)開始的時(shí)間遲點(diǎn)或早點(diǎn)是否影響值的測定？答案：不影響。因 值與溫度和催化劑的濃度有關(guān)，與時(shí)間無關(guān)。14、在測定時(shí)，通過加熱使反應(yīng)速度加快轉(zhuǎn)化完全，加熱溫度能否超過60？為什么？答案：的測量過程中，剩余反應(yīng)混合液加熱溫度不宜過高以5055為宜，否則有副反應(yīng)發(fā)生，溶液變黃。因?yàn)檎崽鞘怯善咸烟堑能樟u基與果糖的苷羥基之間縮合而成

14、的二糖。在H+離子催化下，除了苷鍵斷裂進(jìn)行轉(zhuǎn)化外，由于高溫還有脫水反應(yīng)，這就會(huì)影響測量結(jié)果。15、蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)和哪些因素有關(guān)？答案：對(duì)指定的反應(yīng)， 速率常數(shù)和反應(yīng)溫度、催化劑有關(guān)。16、在旋光度的測量中為什么要對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行校正？它對(duì)旋光度的精確測量有什么影響？在本實(shí)驗(yàn)中若不進(jìn)行零點(diǎn)校正對(duì)結(jié)果是否有影響？答案：（1）旋光儀由于長時(shí)間使用，精度和靈敏度變差，故需要對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行校正。（2）若不進(jìn)行零點(diǎn)校正，則各個(gè)時(shí)間所的的溶液的旋光度存在偏差，若不校正會(huì)使測量值的精確度變差，甚至產(chǎn)生較大的誤差。本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，用旋光度的差值進(jìn)行作圖和計(jì)算，以對(duì)t作圖，故若不進(jìn)行零點(diǎn)較正，只是值不準(zhǔn)確，但并不影

15、響其差值，對(duì)k的結(jié)果無影響。17、配置蔗糖和鹽酸溶液濃度不夠準(zhǔn)確，對(duì)測量結(jié)果是否有影響？答案：當(dāng)蔗糖的濃度不準(zhǔn)確時(shí)，對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)的測量結(jié)果無影響。當(dāng)HCl溶液濃度不準(zhǔn)確時(shí)，對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)的測量結(jié)果有影響。18、蔗糖水解實(shí)驗(yàn)中為什么不用濃硫酸和稀硝酸，而用鹽酸？答案：濃硫酸有脫水性（會(huì)使蔗糖脫水變成碳）和強(qiáng)氧化性，濃稀硝酸都有強(qiáng)氧化性，所以不能使用（蔗糖水解生成的葡萄糖和果糖具有還原性）。19、為什么配蔗糖溶液可以用粗天平稱量？答案：本實(shí)驗(yàn)通過測at來求得k, k與反應(yīng)物濃度無關(guān)，不同at對(duì)應(yīng)于不同的濃度值，無須知道它的準(zhǔn)確濃度，所以配置蔗糖溶液可以用粗天平稱量。20、旋緊旋光管的套蓋時(shí)，用力

16、過大會(huì)影響測量結(jié)果嗎？答案：會(huì)，若用力過大，易壓碎玻璃蓋片，或使玻璃片產(chǎn)生應(yīng)力，影響旋光度。WXG-4 圓盤旋光儀使用說明 操作規(guī)程：   準(zhǔn)備工作 (1) 先把待測溶液配好，并加以穩(wěn)定和沉淀。 (2) 把待測溶液裝入旋光管中待測。但應(yīng)注意旋光管兩端螺旋不能旋的太緊（一般以隨手旋緊不漏水為止），以免護(hù)玻片產(chǎn)生應(yīng)力而引起視場亮度發(fā)生變化，影響測定準(zhǔn)確度，并將兩端殘液擦試干凈。 (3) 接通電源，預(yù)熱 20min ，待完全發(fā)出鈉黃光后，才可觀察使用。 (4) 檢驗(yàn)度盤零度是否正確，如不正確，可旋松度盤四只連接螺釘、轉(zhuǎn)動(dòng)盤殼進(jìn)行校正（只能校正 0.5 。 以下），或把誤差值在測量過程中加減去。   測定工作 (1) 打開盒蓋，把旋光管放入鏡筒中測定，并應(yīng)把盒蓋蓋上，將旋光管有圓泡的一端朝上，以便把氣泡存入，不致影響觀察和測定。 (2) 調(diào)節(jié)視度螺旋至