傅鼎物化实验八

1、实验八 蔗糖转化速率常数的测定及旋光仪的使用1.实验目的要求(1)测定蔗糖反应的速率常数和半衰期。(2) 了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。2.(3) 了解旋光仪的基本原理和学会正确使用旋光仪的方法。预习要求(1) 了解旋光仪使用方法和基本原理。3.(2)理解旋光度和反应物浓度的关系。实验注意事项(1)正式测量前应熟悉旋光仪的使用方法，以防反应进行后不能迅速调节仪器和正确读数、计时。估算a及as的值，测量时使刻度盘调到该范围附近。(3)样品管一定要擦干净后才能放入旋光仪，以免腐蚀旋光仪。4.实验原理蔗糖在水中有氢离子的催化作用下，容易转化成葡萄糖和果糖,H +C12H22O11 + H

2、2O"C6H 12O6 +反应式如下:C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖这是一个二级反应， 在纯水中该反应很慢。由于反应时水是大量存在的，因此，虽然有水参加了反应，可认为水的浓度不变，所以本反应可近似认为是一级反应。一级反应的速率 方程式为:In c = - kt+ln c0(1)式中 5、c分别为时间等于0、t时反应物(蔗糖)的浓度，k为反应速率常数。1当C=co时的反应时间称为该反应的半衰期，以t1/2表示。2(2)In 20.693t1/2=k k从(1)式可以看出在不同时间测定反应物的相对浓度c,并以In c对t作图可得一直线,由直线的斜率可求得反应速率常数k。然而反应是不断进行的

3、，要快速分析出反应物的浓度是困难的。但蔗糖及其转化产物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体 系在反应过程中旋光度的变化来度量反应的进程。测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能 力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关。当其它条件均固定时，旋光度 与反应物浓度呈线性关系，即a = 3 c式中比例常数3与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度及温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示:aD =:100l c(A)式中aD20右角上的“20”表示实验时温度为 20C, D是指用钠光源D线的波长(即589.3nm ), a

4、为测得的旋光度(°) ,1为样品管长度(dm), c(A)为A物质的浓度(g/100mL )。作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度为aD20= 66.6 °生成物中的葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度 aD20 = 52.5°，但果糖是左旋性物质，其比旋光度为-91.9 °。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈现左旋性质，因此，随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应到某一瞬间，体系的旋光度可正好为零，而后变成左 旋，直到蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大好。设体系最初的旋光度为a=B反C0(t =0,蔗糖尚未转化)(5)体系最终的旋

5、光度为a-=3生C0(t =s,蔗糖已完全转化)(6)(5) (6)式中B反、B生分别为反应物和生成物的比例常数。当时间为t时，蔗糖浓度为C,此时旋光度为at,即a = 3反 c + 3生 (C0- c)(7)由上几式联立可解得： 0 'c =-= 3 (a- a)(8)-反一 一生c =-= 3'at-炉)(9).反一-生将上述两式代入(1)式中，得In ( a- a)= kt+ln ( a-炉)(10)显然，以In ( a- a)对t作图可得一直线，从直线斜率即可求的反应速率常数k。5. 仪器和药品旋光仪4台，25mL、50mL移液管各1根，恒温槽1套，50mL容量瓶1只，

6、100mL锥 形瓶3只，玻璃漏斗1只，100mL碘量瓶1只，秒表1块。蔗糖(AR), HCl (标准溶液)6. 实验内容(1) 仔细了解旋光仪的构造、原理和使用方法(2) 用蒸馏水校正仪器的零点。 蒸馏水为非旋光性物质，可以用来校正旋光仪的零点。（即a =0时的仪器对应的刻度）。 校正时，先洗净样品管（100mm 的），将管的一端加上盖子，并向另一端向管内注满蒸馏水，使体积形成一凸液面，然后在样品管另一端加盖玻璃片此时管内除凸起 部分外，不应有气泡。再旋上套盖，使玻璃片紧贴于旋光管，勿使漏水。但必须注意 旋紧时，不能用力过猛，以免玻璃片压碎。也不能旋的太紧，否则光学玻璃会因受压 而产生一种附加

7、的偏振作用（ “假的“偏振作用） ，造成测量误差，将样品管有凸颈的 一端向上置于镜筒内，打开光源，调节目镜聚焦，使视野清晰，然后再旋转检偏镜至 能观察到三分视野暗度相等为止。 记下检偏镜的旋光度a重复测量数次，取其平均值。此平均值即为零点，用来校正仪器系统误差。（3）蔗糖转化反应过程旋光度的测定 用烧杯称取10g蔗糖，加入30mL蒸馏水，使蔗糖完全溶解。 过滤，滤液移入容量瓶中稀释到 50 mL ,用移液管吸取蔗糖溶液 25 mL ,置于干燥的碘量瓶中，在另一锥形瓶移入 50 mL 已标定好浓度的盐酸溶液（记录盐酸溶液的 浓度）。将这只锥形瓶和碘量瓶一起放入恒温槽内恒温10min （可先做好此

8、工作）。 用移液管移取 25mL 盐酸溶液加到蔗糖溶液内， 并使之均匀混合， 注意应从盐酸 溶液由移液管内流出一半开始记时， 迅速用少量反应液洗样品管 2 次，然后将反应液装 满样品管并盖好盖子 ,擦净，立即放进旋光仪内，测量各时间的旋光度， 第一个数据要求离开反应起始时间12min，测量时将三分视野调节到暗度相等后，先记录时间，再读取旋光度。注意事项：在反应开始时，反应速度较快，在头 20min 每 1min 测量一次，以后由于反 应物浓度降低，使反应速度变慢，可以将每次测量的时间间隔适当放长。a勺测量测量进行时，将碘量瓶内剩余的反应液置于恒温槽中升温至5055 C再恒温30min然后，冷却

9、至实验温度测定旋光度即血的值，但必须注意水浴温度不可过高，否则将产生副反应，颜色变黄。加盖的目的是为了避免溶液蒸发影响溶液浓度，以至造成a“的偏差。由于反应酸度太大，样品管一定要擦净后放入旋光仪，以免管外附的反应液腐蚀旋光 仪。实验结束后，必须洗净样品管。7数据处理（1）将反应过程中所测得的旋光度a和时间t列表，并作出att曲线。（2）从at t曲线上，等时间间隔取8个a数值，并计算出相应的（a-炉）和lg （ at- aQ的（3）以lg（ ta a）对t作图，由直线的斜率求出反应速率常数k,并计算反应的半衰期 ti/2。测得溶液的旋光度后，就可以求出物质的比旋度。根据比旋度的大小，就能确定该

10、物质的纯度和含量。比旋度a J的一般公式为：t Qa 入=X 100l c式中 Q 温度t时用入光测得的旋光度l 试管长度（dm）c 溶液浓度（g/100mL ）或根据测得的旋光度及已知的比旋度，求得溶液的浓度：Qc = t x100为便于操作，仪器的光学系统以倾斜20°安装在基座上。光源采用20W钠光灯（波长入=589.3nm）。钠光灯的限流器安装在基座底部，毋需外接限流器。仪器的偏振器场为聚 乙烯醇人造偏振片。三分视界是采用劳伦特石英板装置（半波片）。转动起偏镜可调整三分视场的影荫角（本仪器出厂时调整在3°左右）。仪器采用双游标读数，以消除度盘偏心差。度盘360格，每格

11、1°,游标分为20格，等于度盘19格，用游标直接读数到 0.05 ° （如图84）。度盘和检偏镜固为一体，借手轮（13）能作粗、细转动。游标窗前方装有两块4倍的放大镜，供读数时用。（三）使用方法（1）将仪器接于220V交流电源。开启电源开关，约5min后钠光灯发光正常，就可以开始工作。（2）检查仪器零位是否准确。即在仪器未放试管或放进充满蒸馏水的试管时，观察零度 时视场亮度是否一致。如不一致，说明有零位误差，应在测量读数中减去或加上该偏差值。或放松度盘盖背面四只螺钉，微微转动盘盖校正（只能校正0.5 °左右的误差，严重的应送制造厂商检修）。（3）选取长度适宜的试管

12、，注满待测试液，装上橡皮圈，旋上螺帽，直至不漏水为止。螺帽不宜旋得太紧，否则护片玻璃会引起应力，影响读数正确性。然后将试管两头残余溶液揩干，以免影响观察清晰度及测定精度。（4）测定旋光读数：转动度盘、检偏镜、在视场中觅得亮度一致的位置，两从度盘上读 数。读数是正的为右旋物质，读数是负的为左旋物质。（5）采用双游标读数法可按下列公式求得结果：式中：A和B分别为两游标窗读数值。如果A=B，而且度盘转到位置都符合等式，则说明仪器没有偏心差（一般出厂前仪器均作过校正），可以不用对顶读数法。（6）旋光度和温度也有关系。对大多数物质，用入=589.3nm （钠光）测定，当温度升度1C时，旋光度约减少0.3%。对于要求较高的测定工作，最好能在20C± 2C的条件下进行。t8101214162024283240a12.011.210.710.