旋光法測定蔗糖反應(yīng)的轉(zhuǎn)化速率常數(shù)

1、旋光法測定蔗糖反應(yīng)的轉(zhuǎn)化速率常數(shù)一、實驗?zāi)康?1.了解蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度與旋光度之間的關(guān)系。 2.測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期。 3.了解旋光儀的基本原理，掌握其使用方法。 二、預(yù)習(xí)要求 1.掌握旋光度與蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率常數(shù)的關(guān)系。 2.掌握t與的測定方法。 3.了解旋光儀的構(gòu)造及使用方法。三、實驗原理 蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)為: C12H22O11+H2O C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 為使水解反應(yīng)加速，常以酸為催化劑，故反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進(jìn)行。由于反應(yīng)中水是大量的，可以認(rèn)為整個反應(yīng)中水的濃度基本是恒定的。而H+是催化劑，其濃度也是固定的。所以，此反應(yīng)可視為假一

2、級反應(yīng)。其動力學(xué)方程為 (1) 式中，k為反應(yīng)速率常數(shù);C為時間t時的反應(yīng)物濃度。 將(1)式積分得: (2) 式中，C0為反應(yīng)物的初始濃度。 當(dāng)C=1/2C0時，t可用t1/2表示，即為反應(yīng)的半衰期。由(2)式可得:                           (3)   蔗糖及水解產(chǎn)物均為旋光性物質(zhì)。但它們的旋光能力不同，故可

3、以利用體系在反應(yīng)過程中旋光度的變化來衡量反應(yīng)的進(jìn)程。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的種類、濃度、溶劑的性質(zhì)、液層厚度、光源波長及溫度等因素有關(guān)。 為了比較各種物質(zhì)的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示: (4) 式中，t為實驗溫度();D為光源波長;為旋光度;l為液層厚度(m);C為濃度(kg·m-3)。 由(4)式可知，當(dāng)其它條件不變時，旋光度與濃度C成正比。即: (5) 式中的K是一個與物質(zhì)旋光能力、液層厚度、溶劑性質(zhì)、光源波長、溫度等因素有關(guān)的常數(shù)。 在蔗糖的水解反應(yīng)中，反應(yīng)物蔗糖是右旋性物質(zhì),其比旋光度20D=66.6°。產(chǎn)物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，

4、其比旋光度20D=52.5°；而產(chǎn)物中的果糖則是左旋性物質(zhì)，其比旋光度20D=-91.9°。因此，隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行，右旋角不斷減小，最后經(jīng)過零點變成左旋。旋光度與濃度成正比，并且溶液的旋光度為各組成的旋光度之和。若反應(yīng)時間為0，t，時溶液的旋光度分別用0，t，表示。則: (表示蔗糖未轉(zhuǎn)化) (6) (表示蔗糖已完全轉(zhuǎn)化) (7) 式(6)、(7)中的K反和K生分別為對應(yīng)反應(yīng)物與產(chǎn)物之比例常數(shù)。 (8) 由(6)、(7)、(8)三式聯(lián)立可以解得: (9) (10) 將(9)、(10)兩式代入(2)式即得: (11) 由(11)式可見，以ln(t-)對t作圖為一直線，由該直線

5、的斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)k。進(jìn)而可求得半衰期t1/2。四、儀器與藥品 1.儀器 旋光儀1臺;恒溫旋光管1只;恒溫槽1套;臺稱1臺;停表1塊;燒杯(100mL)1個;移液管(30mL)2只;帶塞三角瓶(100mL)2只。 2.藥品 HCl溶液(4mol·dm-3);蔗糖(分析純)。 五、實驗步驟 1.將恒溫槽調(diào)節(jié)到(25.0±0.1)恒溫，然后在恒溫旋光管中接上恒溫水。 2.旋光儀零點的校正 洗凈恒溫旋光管，將管子一端的蓋子旋緊，向管內(nèi)注入蒸餾水，把玻璃片蓋好，使管內(nèi)無氣泡存在。再旋緊套蓋，勿使漏水。用吸水紙擦凈旋光管，再用擦鏡紙將管兩端的玻璃片擦凈。放入旋光儀中蓋上槽蓋，

6、打開光源，調(diào)節(jié)目鏡使視野清晰，然后旋轉(zhuǎn)檢偏鏡至觀察到的三分視野暗度相等為止，記下檢偏鏡之旋轉(zhuǎn)角，重復(fù)操作三次，取其平均值，即為旋光 儀的零點。 3.蔗糖水解過程中t的測定 用臺稱稱取10g蔗糖，放入100mL燒杯中，加入50mL蒸餾水配成溶液(若溶液混濁則需過濾)。用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL帶塞三角瓶中。移取30mL4mol·dm-3HCl溶 液于另一100mL帶塞三角瓶中。一起放入恒溫槽內(nèi)，恒溫10min。取出兩只三角瓶，將HCl迅速倒入蔗糖中，來回倒三次，使之充分混合。并且在加入HCl時開始記時，將混合液裝滿旋光管(操作同裝蒸餾水相同)。裝好擦凈立刻置于旋光儀中，蓋

7、上槽蓋。測量不同時間t時溶液的旋光度t。測定時要迅速準(zhǔn)確。每隔一定時間，讀取一次旋光度，開始時，可每3min讀一次，30min后，每5min讀一次。測定1h。 4.的測定將步驟3剩余的混合液置于近60的水浴中，恒溫30min以加速反應(yīng)，然后冷卻至實驗溫度，按上述操作，測定其旋光度，此值可認(rèn)為是。       5.將恒溫槽調(diào)到(30.0±0.1)恒溫，按實驗步驟3、4測定30.0時的t及。       6.本實驗也可采用自動旋光儀進(jìn)行測定，其操作步驟與本實驗相同。自動旋光儀的使用 方法見

8、第部分第五章光學(xué)測量技術(shù)及儀器。 六、注意事項 1.裝樣品時旋光管管蓋旋至不漏液體即可，不要用力過猛，以免壓碎玻璃片。     2.測定時，通過加熱使反應(yīng)速度加快轉(zhuǎn)化完全。但加熱溫度不超過60。     3.由于酸對儀器有腐蝕，操作時應(yīng)特別注意，避免酸液滴漏到儀器上。實驗結(jié)束后必須將旋光管洗凈。 4.旋光儀中的鈉光燈不宜長時間開啟，測量間隔較長時應(yīng)熄滅，以免損壞。 七、數(shù)據(jù)處理 1.將實驗數(shù)據(jù)記錄于下表: 反應(yīng)時間 t t- ln(t-)           溫度: ;鹽酸濃度： ;:     2.以ln(t-)對t作圖，由所得直線的斜率求出反應(yīng)速率常數(shù)k。 3.計算蔗糖