實(shí)驗(yàn)五旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)十六實(shí)驗(yàn)五 旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)參閱 復(fù)旦大學(xué)等編 莊繼華等修訂 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)第三版 P94一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期。2.了解該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度與旋光度之間的關(guān)系。3.了解旋光儀的基本原理，掌握旋光儀的正確使用方法。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： H2O + 它是一個(gè)二級反應(yīng)，在純水中此反應(yīng)的速率極慢，通常需要在H離子作用下進(jìn)行。由于反應(yīng)時(shí)水大量存在的，盡管有部分水分子參加了反應(yīng)，仍可近視認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)過程中水的濃度時(shí)恒定的；而且H是催化劑，其濃度也保持不變。因此蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)可看作為一級反應(yīng)。一級反應(yīng)的速率方程可由下式表示： k

2、c (1)c為時(shí)間t時(shí)的反應(yīng)物濃度，k為反應(yīng)速率常數(shù)。積分可得lnc kt lnc。 (2) c為反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物濃度。 當(dāng)c C0 時(shí)，時(shí)間t可用t表示，即為反應(yīng)半衰期： t (3)從（2）式，不難看出，在不同時(shí)間測定反應(yīng)物的相應(yīng)濃度，并以lnc對t作圖，可得一直線，由直線斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)K。然而反應(yīng)是不間斷進(jìn)行的，要快速分析出反應(yīng)物的濃度是困難的。但蔗糖及其轉(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)的進(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)

3、系。當(dāng)其他條件均固定時(shí)，旋光度c (4)式中比例常數(shù)與物質(zhì)旋光能力、溶劑性質(zhì)、樣品管長度、溫度等有關(guān)。物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來度量，比旋光度用下式表示： (5)其中右上角的“20”表示實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度為20，D是指用鈉燈光源D線的波長（即589nm），為測得的旋光度（。），l為樣品管長度（dm），CA為濃度（g/100mL）。作為反應(yīng)物的蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度66.6。；生成物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度52.5。，但是果糖是左旋光性物質(zhì)，其比旋光度-91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈現(xiàn)左旋性性質(zhì)。因此隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系的右旋角度不斷減小，反應(yīng)至某一瞬間

4、，體系的旋光度可恰好等于零，之后就變成左旋，直至蔗糖完全轉(zhuǎn)化，這時(shí)左旋角達(dá)到最大值。設(shè)體系最初的旋光度為 。反c。 （t0 ，蔗糖尚未轉(zhuǎn)化） （6）體系最終的旋光度為 生c。 （t，蔗糖完全轉(zhuǎn)化） （7）反和生分別為反應(yīng)物與生成物的比例常數(shù)。當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，蔗糖濃度為c，此時(shí)旋光度為at，即 at反c。生（c。c） （8）由（6）、（7）、（8）聯(lián)立可解得c。(。) （9）c (t ) （10）將（9）和（10）代入（2）式即得ln（t )kt ln(。) （11）顯然，以ln（t )對t作圖可得到直線，從直線斜率即可求得反應(yīng)數(shù)率常數(shù)K。三 儀器與試劑WZZ-2B自動旋光儀，樣品管，秒表,恒溫槽

5、，量筒，錐形瓶蔗糖水溶液 20克/100ML；鹽酸水溶液 3 moldm-3四 實(shí)驗(yàn)步驟 1.從烘箱中取出錐形瓶。恒溫槽調(diào)至55。2.開啟旋光儀電源。按下“光源”和“測量”。預(yù)熱10分鐘后，洗凈樣品管，然后在樣品管中裝人蒸餾水（注意樣品管中不要有氣泡），測量蒸餾水的旋光度，之后清零。3.用量筒量取蔗糖和鹽酸溶液各50毫升，先把蔗糖倒入干凈干燥的錐形瓶中，鹽酸倒入蔗糖中，搖勻，然后迅速用此溶液洗涮樣品管3次，再裝滿樣品管，放入旋光儀中，開始記時(shí)。將錐形瓶放入恒溫槽中加熱，待30分鐘后取出，冷卻至室溫。4.記時(shí)至2分鐘時(shí)，記錄數(shù)據(jù)。如此，每隔2分鐘測量一次，直至30分鐘。5.倒去樣品管中的溶液，取

6、出加熱后的溶液，冷卻至室溫，用加熱過的溶液洗涮樣品管3次，再裝滿樣品管，測其旋光值，每隔2分鐘記錄數(shù)據(jù)，共測5次，求平均值。6.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，洗凈量筒和錐形瓶，放入烘箱中干燥。嚴(yán)格洗凈樣品管，注入蒸餾水，放入旋光儀。五 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)室溫度： 壓強(qiáng)： KPa(1) t測定時(shí)間/min.246810121416t/度時(shí)間/min.18202224262830t/度(2)測定次數(shù)12345 即平均值六 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1反應(yīng)過程中所測得的旋光度t與對應(yīng)時(shí)間t列表，作出t -t 曲線圖2求出（t-）與t列表，作出（t-）對t 作圖3由（t-）-t直線斜率求出反應(yīng)速率常數(shù)k，并計(jì)算出反應(yīng)半衰期t1/2七 注意事項(xiàng) 1.實(shí)驗(yàn)中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. 實(shí)驗(yàn)中當(dāng)溶液混合均勻后要馬上進(jìn)行裝樣測試，不然會引