實(shí)驗(yàn)四：旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)

1、1mol, 263.15K的過冷水于恒壓101.325kPa下凝固為同溫的冰, 求系統(tǒng)的熵變. 已知水在正常凝固點(diǎn)的凝固熱為 6220 Jmol1. Cpm(水) = 75.3 Jmol1K1, Cpm(冰) = 37.6Jmol1K1.1mol, H2O(l)101.325kPaT1 =273.15K1mol, H2O (s)101.325kPaT1 = 273.15K可逆相變S(T1) 1mol, H2O(l)101.325kPaT2 =263.15K1mol, H2O (s)101.325kPaT2 = 263.15K不可逆S(T2) = ? S1S2S(T2) = S1 + S(T1)

2、 + S2 1(1)今有1 mol單原子理想氣體, 始態(tài)壓力為1013 kPa, 體積為224 dm3. 經(jīng)絕熱向真空膨脹至體積為224 dm3. (2)又絕熱可逆地將膨脹后的上述氣體壓縮為224 dm3. 分別求(1), (2)兩過程的Q, W, U, H和S. 設(shè)CVm = 3R/2.1mol, pgT1 = 273K p1 =1013kPaV1 = 224 dm31mol, pgT2 = T1 p2 V2 = 22.4dm3(1)Q = 0(1) 因 Q = 0, W = 0, U = Q + W = 0, 故 T = 0, H = 021mol, pgT1 = 273K p1 =101

3、3kPaV1 = 224 dm31mol, pgT2 = T1 p2 V2 = 22.4dm31mol, pg T3 = ? p3 V3 = 224 dm3(1)Q = 0(2)S = 031.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(cè)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。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)原理蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)為: C12H22O11+H2O C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 由于反應(yīng)中水是大量的，可以認(rèn)為整個(gè)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)可視為假一級(jí)反應(yīng)。其動(dòng)力學(xué)方程為 k為反

4、應(yīng)速率常數(shù);C為時(shí)間t時(shí)的反應(yīng)物濃度5反應(yīng)的半衰期實(shí)驗(yàn)原理6 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。 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t為實(shí)驗(yàn)溫度();D為光源波長(zhǎng);為旋光度;l為液層厚度(m);C為濃度(kgm-3)。當(dāng)其它條件不變時(shí)，旋光度與濃度C成正比。實(shí)驗(yàn)原理7 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)，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

5、斷減小，最后經(jīng)過零點(diǎn)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。實(shí)驗(yàn)原理8 t = K反 C + K生 （C0-C）0=K反 C0 =K生 C0若反應(yīng)時(shí)間為0，t，時(shí)溶液的旋光度分別用0，t，表示。則:實(shí)驗(yàn)原理9 以ln(t-)對(duì)t作圖為一直線，由該直線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 t1/2ln(t-)=-kt+ ln(0-)實(shí)驗(yàn)原理10儀器與藥品1.儀器 旋光儀（WZZ2A2B自動(dòng)旋光儀 ）;旋光管;恒溫槽;臺(tái)稱;停 表;燒杯;移液管(量筒）; 2.藥品 HCl溶液(4moldm-3); 蔗糖(分析純)。111.旋光儀零點(diǎn)的校正 ： 旋光管內(nèi)注入

6、蒸餾水，使管內(nèi)無氣泡存在。旋緊套蓋，勿使漏水。放入旋光儀中蓋上槽蓋，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(diǎn)。實(shí)驗(yàn)步驟122.蔗糖水解過程中t的測(cè)定 用臺(tái)稱稱取10g蔗糖，放入100mL燒杯中，加入50mL 蒸餾水配成溶液。 用移液管取25mL蔗糖溶液置于100mL燒杯中。 移取25mL 4moldm-3HCl溶 液迅速倒入蔗糖中，并且在加入一半HCl時(shí)開始記時(shí)，將混合液裝滿旋光管。裝好擦凈立刻置于旋光儀中，蓋上槽蓋。測(cè)量不同時(shí)間t時(shí)溶液的旋光度t。每隔一分鐘，讀取一次旋光度，測(cè)定45分鐘。實(shí)驗(yàn)

7、步驟13 3.的測(cè)定： 將剩余的25mL蔗糖溶液與25mL 4moldm-3HCl溶 液混合，置于50的恒溫槽中，恒溫40min以加速反應(yīng)，然后冷卻至實(shí)驗(yàn)溫度，按上述操作，測(cè)定其旋光度，此值即可認(rèn)為是實(shí)驗(yàn)步驟141將儀器電源插頭插入220V交流電源，（要求使用交流電子穩(wěn)壓器1KVA），并將接地可靠接地。2向上打開電源開關(guān)，這時(shí)鈉光燈的交流工作狀態(tài)下起輝，經(jīng)5分鐘鈉光燈激活后，鈉光燈才發(fā)光穩(wěn)定。3.向上打開光源開關(guān)，（若光源開并扳上后，鈉光燈熄滅，則再將光源開關(guān)上下重復(fù)扳動(dòng)1到2次，使鈉光燈在直流下點(diǎn)亮，為正常）。WZZ2B自動(dòng)旋光儀操作方法：154.打開測(cè)量開關(guān)，這時(shí)數(shù)碼管應(yīng)有數(shù)字顯示。5.將

8、裝有蒸餾水或其它空白溶劑的試管放入樣品室，蓋上箱蓋，待示數(shù)穩(wěn)定后，按清零按鈕。試管中若有氣泡，應(yīng)先讓氣泡浮在凸頸處；通光面兩端的霧狀水滴，應(yīng)用軟布揩干試管螺帽不宜旋得過緊，以免產(chǎn)生應(yīng)為，影響讀數(shù)。試管安放時(shí)應(yīng)注意標(biāo)記的位置和方向WZZ2B自動(dòng)旋光儀操作方法：16數(shù)據(jù)處理將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于下表溫度: ;鹽酸濃度： ;: 1. 以ln(t-)對(duì)t作圖，由所得直線的斜率求 出反應(yīng)速率常數(shù)k。 2. 計(jì)算蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的半衰期t1/2。17思考問題 1.實(shí)驗(yàn)中，為什么用蒸餾水來校正旋光儀的零點(diǎn)?在蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中，所測(cè)的旋光度t是否需要零點(diǎn)校正?為什么? 2.蔗糖溶液為什么可粗略配制? 3.蔗糖的轉(zhuǎn)化速

9、度和哪些因素有關(guān)? 18WZZ-2B型自動(dòng)旋光儀 19WZZ-2B型自動(dòng)旋光儀 20圓盤旋光儀 21WZZ2A2B自動(dòng)旋光儀使用說明 WZZ2型自動(dòng)旋光儀采用光電自動(dòng)平衡原理，進(jìn)行旋光測(cè)量，測(cè)量結(jié)果由數(shù)字顯示，它既保持了WZZ1自動(dòng)指示旋光儀穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了它的讀數(shù)不方便的缺點(diǎn)，具有體積小，靈敏度高，沒有人為誤差，讀數(shù)方便等特點(diǎn)。對(duì)目視旋光儀難以分析的低旋光儀品也能適應(yīng)。旋光儀廣泛用于醫(yī)藥、食品、有機(jī)化工等各個(gè)領(lǐng)域，22農(nóng)業(yè)：農(nóng)用抗菌素、家用激素、微生物農(nóng)藥及農(nóng)產(chǎn)品淀粉含量等成份分析。醫(yī)藥：抗菌素、維生素、葡萄糖等藥物分析，中草藥藥理研究。食品：食糖、味精、醬油等生產(chǎn)過程的控制及成品檢查，食品含糖量的測(cè)定。石油：礦物油分析、石油發(fā)酵工藝的監(jiān)視。香料：香精油分析。衛(wèi)生事業(yè)：醫(yī)院臨床糖尿病分析。 儀器用途23將待測(cè)樣品注入試管，蓋好箱蓋，儀器數(shù)顯窗將顯示出該樣品的旋光度。逐次按下復(fù)測(cè)按鈕，重復(fù)讀數(shù)幾次，取平均值作為樣品的測(cè)定