6蔗糖转化反应动力学

1、蔗糖转化反应动力学一、实验目的(1) 测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期。(2) 了解旋光度的概念，学习旋光度的测量方法及在化学反应动力学研究中的 应用。二、实验原理蔗糖在水溶液中的转化反应为C12H22O11 蔗糖 H2OC6H12O6 葡萄糖C6H12O6 果糖此反应是一个二级反应，在纯水中反应速率极慢，通常需要在H的催化作用下进行。当蔗糖含量不大时，反应过程中水是大量存在的，尽管有部分水分 子参加了反应，仍可认为整个反应过程中水的浓度是恒定的。H是催化剂，其浓度也保持不变。则此蔗糖转化反应可以看作是准一级反应，反应速率为de蔗 de葡 v dt dt式中：k为蔗糖转化反应

2、速率常数,de果dt(1)e蔗为时间t时蔗糖的浓度当t=0时，蔗糖的浓度为q蔗，积分上式得In 沁 kt e蔗当c蔗知蔗时，相应的时间t即为半衰期t_2，且丄 In 20.6931tj.巳kk测定不同t时的e蔗可求得k。在化学反应动力学研究中，要求能实时测定某 反应物或生成物的浓度，且测量过程对反应过程没有干扰，本实验通过测量旋 光度来代替反应物或生成物浓度的测量。旋光性物质的旋光角(4)A式中：m为旋光性物质的质量旋光本领，与温度、溶剂、偏振光波长等有关;m为旋光性物质在截面积为A的线性偏振光束途径中的质量。由此式可得mnMIAlmMIe(5)M为旋光性物质的摩尔质量，l为旋光管的长度。ln

3、( t ) kt ln( 0)( 6)以ln( t)对t作图，则图为一直线，由直线斜率可求得蔗糖转化反应速率常数k。三、实验步骤(1) 了解旋光角测定原理，掌握数字式旋光仪使用方法及操作要点。(2) 打开恒温槽，调节恒温槽上定温计，将设定温度调至55C。(3) 配制20%蔗糖水溶液：10.0g蔗糖用少量水溶解，注入50ml容量瓶，稀 至刻度，若溶液混浊则需过滤。(4) 用移液管取50ml HCl溶液(3.0mol L 1)于干燥、洁净的250ml磨口塞 锥形瓶中备用。(5) 将配好的蔗糖溶液倒入另一干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中，将上述 锥形瓶中的50mlHCI溶液迅速倒入蔗糖溶液中，同

4、时开动秒表计时(注意秒表中间不要暂停)。两瓶应来回倒几次，使溶液倒尽，并加塞混匀。(6) 迅速迅速取少量混合液洗涤旋光测试管两次，在测试管内装满混合液，注意管内液体中不能混有气泡。用镜头纸将测试管两端玻璃片擦干，迅速放入旋 光仪内，测量第一个数据 i，同时记录此时时间，测定i尽量在3min内完成。以后每隔13min测一次，同时记录相应的时间。15min后可延长时间间 隔，至少测量至旋光度为负值(左旋)。如何正确读数(即 t与t同时准，及 时间间隔，要在实验前考虑好，可根据已测结果进行调整。(7) 将倒入测试管后的剩余混合液置于 5060C水浴内保温30min，然后冷 却至实验温度测。在恒温水浴

5、内保温时注意防止溶液挥发导致浓度改变。(8) 充分洗净测试管，擦净后放回仪器盒，以防酸蚀。洗净锥形瓶并晾干。四、实验数据及处理(1)列表记录实验时间t及相应的t，如下表所示:-3.825-3.820-3.815平均值-3.820时间/ min0246810旋光度12.23011.82011.25510.67010.0559.455t16.04515.63515.07014.48513.87013.270ln( t)2.8752.8182.7572.6902.6302.586时间/ min121416202428旋光度8.8408.2207.6306.4505.3354.300t12.65512

6、.03511.44510.2659.1508.115ln( t)2.5382.4882.4382.3292.2142.094时间/ min323640444852旋光度3.3702.5151.7451.0350.430-0.140t7.1856.3305.5604.8504.2453.675ln( t)1.9721.8451.7161.5901.4771.362(2)绘出t与时间t的关系曲线，如下图所示：旋光度a随时间t变化曲线14a度光旋-20101520253035404550时间t / min(3)以 ln( t)对t作图，如下图所示:In ( at- apo随时间t变化曲线2.8y =

7、 - 0.02898*x + 2.8832.62.42.2a-a1.81.61.41.210L102030时间t / min405060五、实验结果计算(1)求反应速率常数k。)ktIn( 0)可求得蔗糖转化反应速对照直线方程和式子In( t率常数 k 0.02898min 1。(2)计算半衰期t12将k 0.02898min 1带入式子t;晋得:min 23.92min0.02898六、思考题（1）根据蔗糖、葡萄糖和果糖的质量旋光本领数据，计算本实验中答：实验中，称取蔗糖10.1g，反应时溶液的体积约为100ml（ 50ml蔗糖溶 液和50ml盐酸溶液），故蔗糖的初始浓度c0,蔗实验中旋光管

8、的长度(10.1/342.3)mol100 10 6m3295.06moll 200mm 0.200m故0am,蔗 M 蔗 lc0，蔗1.16 102 0.3423 0.200 259.06rad=0.206rad00.206 18011.793m,葡M葡1C葡m,果M果1C果=（m,葡M葡m,果M果）lc0,蔗（0.92 10 2 0.180 1.60 10 2 0.180） 0.200 259.06rad=0.063rad1800.0633.6352）配制蔗糖溶液时，使用0.1g精度的天平，而无需使用0.1mg精度的天平, 为什么？答：本实验的目的是测量在一定条件下蔗糖的反应速率常数和其半衰期， 而这两个物理量的大小与蔗糖的质量无关，也就是说，不管用多少蔗糖来实 验，只要反应条件一样，所测得的反应速率常数和半衰期理论上讲都是一样 的，所以，不需要使用精度特别高的天平来测量蔗糖的质量。（3）将盐酸溶液与蔗糖溶液混合时，是将盐酸溶液加入到蔗糖溶液中，反之是 否可以？为什么？答：不可以。如果在盐酸溶液与蔗糖溶液混合时，是