蔗糖水解速率常數(shù)的測(cè)定

蔗糖水解速率常數(shù)的測(cè)定1．?dāng)?shù)據(jù)處理結(jié)果要求：=1\*GB3①蔗糖比旋度，用100mm旋光管測(cè)定，數(shù)據(jù)可控制在66.01.0=2\*GB3②用公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并與手冊(cè)中查得的蔗糖旋光度（適用范圍287~303K）進(jìn)行比較。=3\*GB3③將時(shí)間t、旋光度（t）、lg（t）列表。=4\*GB3④lg（t）~t作圖，由直線斜率求出兩溫度下的k(T1)和k(T2)，各自的反應(yīng)半衰期，由圖外推求t=0時(shí)的兩個(gè)0。=5\*GB3⑤由k(T1)和k(T2)利用Arrhenius公式求其平均活化能。HCl濃度對(duì)蔗糖水解速度常數(shù)的影響（蔗糖溶液濃度均為10%）HCl/molL1k(298K)/103mink(308K)/103mink(318K)/103min0.05020.41691.7386.2130.25122.2559.35535.860.41374.04317.0060.620.900011.1646.76148.81.21417.4552.點(diǎn)評(píng)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵=1\*GB3①能正確而較快地測(cè)讀旋光儀的讀數(shù)，初操作儀器者通過(guò)測(cè)蔗糖比旋光度而得到練習(xí)。=2\*GB3②溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響大，要注意整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)的恒溫，如無(wú)樣品管恒溫夾套，則旋光管離開恒溫水浴時(shí)間應(yīng)短。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)[H+]=1M（HCl），蔗糖10%k303.7K=3.35102min1k313.2K=7.92102min1由以上數(shù)據(jù)求得在303.7~313.2K溫度范圍內(nèi)平均活化能Ea71kJmol1?？梢?，本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)溫度范圍最好控制在288~303K內(nèi)進(jìn)行，溫度過(guò)高反應(yīng)速度太快讀數(shù)將發(fā)生困難。=3\*GB3③HCl濃度也要配制正確，[H+]對(duì)反應(yīng)速度常數(shù)有影響，若酸濃度不準(zhǔn)，盡管數(shù)據(jù)線性關(guān)系再好，k值偏離文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。=4\*GB3④HCl與蔗糖都要預(yù)恒溫至實(shí)驗(yàn)溫度，否則將影響初始幾點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)真實(shí)溫度。蔗糖的水解在酸性介質(zhì)中進(jìn)行，H+為催化劑，在[H+]濃度較低時(shí)，水解速度常數(shù)S蔗糖+H+SHk[H+]但在[H+]增加時(shí)，k與[H+]不成比例，且用HCl和用HNO3或HClO4對(duì)反應(yīng)速度常數(shù)的影響也不一樣（特別是酸濃度高時(shí)）。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)指出若[H+]較大，反應(yīng)速度常數(shù)k正比于h0S蔗糖+H+SH其中aH+是氫離子活度，S和SH+為H+、SH+的活度系數(shù)，利用[H+]對(duì)k的影響，可以研究蔗糖水解的機(jī)理，長(zhǎng)期以來(lái)有二種假設(shè)：=1\*GB3①=1\*GB3①S+H+SH+SH+x+x++H2O產(chǎn)物+H+=2\*GB3②S+H+SH+SH++H2O產(chǎn)物+H+快慢快快慢按照反應(yīng)=1\*GB3①屬一級(jí)反應(yīng)，從理論上可以推出反應(yīng)速度常數(shù)k應(yīng)與h0成正比。按照反應(yīng)=2\*GB3②屬假單分子（二級(jí)）反應(yīng)，從理論上可以推出反應(yīng)速度常數(shù)k應(yīng)與[H+]成正比。從而實(shí)踐證明第一種機(jī)理是正確的，因而蔗糖水解判為一級(jí)反應(yīng)。反應(yīng)是一復(fù)雜反應(yīng)。顯然其計(jì)量方程式并不表示此反應(yīng)的機(jī)理，反應(yīng)也非雙分子反應(yīng)。（3）本實(shí)驗(yàn)的誤差可作如下估計(jì)：根據(jù)顯然，在不同時(shí)刻t所得t代入上式中計(jì)算k的誤差是不同的。采用微分方程推導(dǎo)速率常數(shù)的相對(duì)誤差的結(jié)果是=1\*GB3①應(yīng)增加旋光管長(zhǎng)度假設(shè)在200mm旋光管中有下列一點(diǎn)的數(shù)據(jù)t=25min，0=13.2，t=5.20，=dt=0.5min，d0=dt=d=0.05代入上式求得若此點(diǎn)改在100mm旋光管中測(cè)，得到t=25min，0=6.6，t=2.60，=2.05；dt=0.5min，d0=dt=d=0.05代入上式求得可見用較長(zhǎng)旋光管可以減少讀數(shù)誤差而提高精度。=2\*GB3②選時(shí)間長(zhǎng)短、取點(diǎn)要合理當(dāng)t較小時(shí)，主要誤差來(lái)源于時(shí)間誤差，如t=10min，引入誤差為5%。而t較大時(shí)，（t）較小，是主要誤差來(lái)源，因此實(shí)驗(yàn)取點(diǎn)要合理，既不能取時(shí)間太短，又不能取時(shí)間太長(zhǎng)的點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)誤差應(yīng)小于10%（一般動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)誤差限）。3．討論（1）旋光度的零點(diǎn)校正有何意義？解蔗糖是否純，通過(guò)測(cè)比旋光度來(lái)鑒定。另外，零點(diǎn)校正有利于近終點(diǎn)的判斷。即旋光性由右旋變到左旋。（2）為什么配蔗糖溶液可用粗天平秤量？解其一，對(duì)于這個(gè)假單分子（二級(jí)）反應(yīng)，由于大量水存在，雖有部分水分子參加反應(yīng)，但在反應(yīng)過(guò)程中水的濃度變化極小，所以只要蔗糖濃度濃度不太濃，水的濃度變化問(wèn)題對(duì)反應(yīng)速度的影響不大。其二，濃度不同的蔗糖，在200mm管中測(cè)得=26.60蔗糖反應(yīng)中旋光系數(shù)正比于旋光系數(shù)，其三，盡管蔗糖的轉(zhuǎn)化速度與蔗糖濃度、酸濃度、溫度及催化劑種類有關(guān)，但速率常數(shù)k與其中的蔗糖濃度無(wú)關(guān)，是可以從公式看出的。(3)如果沒(méi)有數(shù)據(jù)（或者反應(yīng)未趨完全），是否也能求得反應(yīng)速率常數(shù)？解=1\*GB3①對(duì)于一級(jí)反應(yīng)在沒(méi)有數(shù)值，或者在反應(yīng)不完全，不能求得值時(shí)，也可由下法求出反應(yīng)的速率常數(shù)k值來(lái)。先列出時(shí)間為t時(shí)的濃度c1，（或t）和時(shí)間為t+t時(shí)的濃度c2，（或2），t可為任意的時(shí)間間隔，不過(guò)最好是實(shí)驗(yàn)時(shí)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間的一半，作lg(c1-c2)對(duì)t的圖其斜率即為k/2.303。公式推導(dǎo)如下：c=c0ekt由此可得c1=c0ekt，c2=c0ek（t+t），c1c2=c0ekt(1ek取對(duì)數(shù)（2.10然后作lg(c1-c2)~t圖，由斜率求得k。由于旋光度與濃度c成正比，所以可直接用旋光度代c。設(shè)=Kc+P，c1c2=（1代入（2.9.1）得=2\*GB3②ln(t)=ln(0)kt不知0，也一樣求k值。而蔗糖水溶液與HCl的混合恰恰是放熱反應(yīng)恒溫條件被破壞，使得最初的一些點(diǎn)的測(cè)試出現(xiàn)偏差。（4）試推導(dǎo)公式解對(duì)于任何化學(xué)反應(yīng)體系，在溫度、壓力一定時(shí)，若某物理性質(zhì)“”具有加和性，且與濃有線性關(guān)系，則必有關(guān)系式(2.10.2(2.10.2)式對(duì)于一級(jí)反應(yīng)、二級(jí)（如乙酸乙脂皂化）反應(yīng)及對(duì)任意一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，其計(jì)量方程式為aA+bB=gG+hH，并設(shè)、、和分別為A、B、G和H在反應(yīng)進(jìn)行到記時(shí)初始時(shí)刻（記為t=0）時(shí)的濃度，kA、kB、kG和kH為比例常數(shù)。列出線性關(guān)系式=介質(zhì)+（A+B+G+H）0=介質(zhì)+（KA+KB+KG+KH）=介質(zhì)+[KB(]+[KG(]+[KH(t=介質(zhì)+{KA+KB[]}+[KG(]+KH[}所以（5）判斷：蔗糖水解實(shí)驗(yàn)是將鹽酸溶液倒入蔗糖溶液。解對(duì)（6）擬出測(cè)有色(紅棕色水溶液)香精香根油旋光度的簡(jiǎn)易方法。解：（1）用活性炭脫色（2）用有機(jī)溶劑稀釋（3）選樣品管長(zhǎng)度的原則是使能透過(guò)光路看清三分視野的變化（4）計(jì)算則根據(jù)稀釋倍率及比旋度公式4.思考題1.實(shí)驗(yàn)中，為什么用蒸餾水來(lái)校正旋光儀的零點(diǎn)?在蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中，所測(cè)的旋光度αt是否需要零點(diǎn)校正?為什么?答：蔗糖溶液以蒸餾水作溶劑，故用純蒸餾水作零點(diǎn)校正。蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中，無(wú)須再作零點(diǎn)校正，因都以蒸餾水作校正，只需校正一次。2.配置溶液時(shí)不夠準(zhǔn)確，對(duì)測(cè)量結(jié)果是否有影響？答：有，當(dāng)HCl溶