8實(shí)驗(yàn)八蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解蔗糖水解反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度與旋光度之間的關(guān)系。2.測(cè)定蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期。3.了解旋光儀的基本原理，掌握其正確的操作技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理反應(yīng)速率只與某反應(yīng)物濃度的一次方成正比的反應(yīng)稱為一級(jí)反應(yīng)，速率方程可由下式表示：—式中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+lnc0c0為反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物濃度。當(dāng)c=c0/2時(shí)，對(duì)應(yīng)t可用t1/2表示，稱為反應(yīng)的半衰期，即反應(yīng)物濃度反應(yīng)掉一半所用時(shí)間，得一級(jí)反應(yīng)的半衰期為：t1/2=蔗糖在水中轉(zhuǎn)化成葡萄糖與果糖，其反應(yīng)為：C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6(蔗糖)(葡萄糖)(果糖)它屬于二級(jí)反應(yīng)，在純水中此反應(yīng)的速率極慢，通常需要在H+離子催化作用下進(jìn)行。由于反應(yīng)時(shí)水大量存在，盡管有部分水分子參與反應(yīng)，仍可近似地認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)過程中水的濃度是恒定的，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(jí)反應(yīng)。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)進(jìn)程。測(cè)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)系。當(dāng)其它條件均固定時(shí)，旋光度α與反應(yīng)物濃度c呈線性關(guān)系，即α=Kc式中比例常數(shù)K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：式中“20”表示實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度為20℃，D是指用納燈光源D線的波長（即589毫微米），α為測(cè)得的旋光度，l為樣品管長度（dm），cA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°，但果糖是左旋性物質(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，所以生成物呈左旋性質(zhì)。因此隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系的右旋角不斷減小，反應(yīng)至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全轉(zhuǎn)化，這時(shí)左旋角達(dá)到最大值α∞。設(shè)最初系統(tǒng)的旋光度為α0=K反cA,0（t=0，蔗糖尚未水解） （1）最終系統(tǒng)的旋光度為α∞=K生cA,0（t=∞，蔗糖已完全水解） （2）當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，蔗糖濃度為cA，此時(shí)旋光度為αtαt=K反cA+K生(cA,0－cA) (3）聯(lián)立（1）、（2）、(3)式可得：cA,0==K′（α0－α∞）(4)cA==K′（αt－α∞） (5)將（4）、（5）兩式代入速率方程即得：ln(αt－α∞)=－kt+ln（α0－α∞）我們以ln(αt－α∞)對(duì)t作圖可得一直線，從直線的斜率可求得反應(yīng)速率常數(shù)k，進(jìn)一步也可求算出t1/2。三、實(shí)驗(yàn)儀器、試劑儀器：旋光儀，停表，恒溫水浴一套，移液管（50mL），磨口錐形瓶（100mL），燒杯（100mL），臺(tái)秤，洗耳球:試劑：蔗糖（AR），鹽酸（3mol/L，AR）結(jié)果與討論本實(shí)驗(yàn)是測(cè)定蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該注意：裝樣品時(shí)，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。在測(cè)定α∞時(shí)，通過加熱使反應(yīng)速度加快轉(zhuǎn)化完全。但加熱溫度不要超過60℃大約60min后基本分解完全。由于酸對(duì)儀器有腐蝕，操作時(shí)應(yīng)特別注意，避免酸液滴漏到儀器上，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后必須將旋光管洗凈。七、思考題1.為什么可用蒸餾水來校正旋光儀的零點(diǎn)？答：主要是因?yàn)檎麴s水沒有旋光性，其旋光度為零，其次是因?yàn)樗鼰o色透明，方便可得，化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定。2.在旋光度的測(cè)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(cè)量有什么影響？在本實(shí)驗(yàn)中若不進(jìn)行校正對(duì)結(jié)果是否有影響？答：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。若不校正會(huì)使測(cè)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，儀器精度誤差可以抵消不計(jì)，故若不進(jìn)行零點(diǎn)較正，對(duì)結(jié)果影響不大。3.為什么配置蔗糖溶液可用上皿天平稱量？答：蔗糖水解為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)物起始濃度不影響反應(yīng)速度常數(shù)，又因?yàn)檎崽菨舛却笥昧枯^多，量值的有效數(shù)字位數(shù)較多，故不需要精確稱量，只要用上皿天平稱量就可以了。4．蔗糖溶液為什么可粗略配制？答：蔗糖水解為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)物起始濃度不影響反應(yīng)速度常數(shù)，又因?yàn)檎崽菨舛却笥昧枯^多，量值的有效數(shù)字位數(shù)較多，故不需要精確稱量，只要用上皿天平稱量就可以了。5．蔗糖的轉(zhuǎn)化速度和哪些因素有關(guān)？答：與溫度有關(guān)和濃度.(溫