实验十二蔗糖水解反应速率常数的测定

实验十二蔗糖水解反应速率常数的测定一实验目的1.测定蔗糖水解反应速率常数和半衰期2.了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的使用方法二实验原理反应速率与反应物浓度一次方成正比的反应称一级反应，其速率方程为：dtdc−=kc（12-1）式中c是反应物t时刻的浓度。k是反应速率常数。积分上式得：lncco=kt（12-2）式中oc为t=0时刻的反应物浓度。一级反应具有以下两个特点：⑴以lnc对t作图，可得一直线，其斜率m=k−。⑵反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，以t1/2c表示。将=1/2oc代入（12-2）式，得一级反应的半衰期为t1/2k2ln=（12-3）（12-3）式说明一级反应的半衰期t1/2k只决定于反应速率常数，而与反应物起始浓度无关。蔗糖在酸性溶液中的水解反应为：C12H22O11（蔗糖）+H2→+HOC6H12O6（葡萄糖）+C6H12O6实验表明，该反应的反应速率与蔗糖、水和氢离子三者的浓度均有关。在氢离子浓度不变的条件下，反应速率只与蔗糖浓度和水的浓度有关，但由于水是大量的，在反应过程中的水浓度可视为不变。在这种情况下，反应速率只与蔗糖浓度的一次方成正比，其动力学方程式符合（12-1）式，所以此反应视为一级反应。（果糖）蔗糖及其水解产物是旋光性物质。本实验就是利用反应体系在水解过程中是旋光性质的变化来跟踪反应进程。所谓物质的旋光性是指它们可以使一束偏振光的偏振面旋转一定角度，所旋转的角度称旋光度。对含有旋光性物质的溶液，其旋光度的大小与旋光性物质的本性、溶剂、入射光波长、溶液的浓度和厚度以及温度等因素有关。为了比较不同物质的旋光。能力，引入了比旋光度[]tDα这一概念，其定义式为：[]tDα=lcα（12-4）式中t为实验温度（℃），D为光源的波长（常用钠黄光，λ=589nm），α为旋光度，l为溶液的厚度（dm），c为浓度（每ml中所含的物质的质量（克））。蔗糖、葡萄糖和果糖的比旋光度分别为：蔗糖[]20Dα=66.65º，葡萄糖[]20Dα=52.5º，果糖为[]20Dα=-91.9º。正值表示右旋，负值表示左旋。由于果糖的左旋性大于葡萄糖右旋性，因此随着水解反应的进行，产物浓度的增加，反应体系的旋光度将由正值经零变为负值，即反应体系由右旋性逐渐变为左旋性。以下导出（12-2）式中蔗糖的浓度c0、c与物质的浓度成正比。即。α=Kc(12-5)式中K=[]ltDα。因旋光度具有加和性，所以溶液的旋光度为各组分的旋光度之和。设反应时刻为0、t和∞时，溶液旋光度分别为α0、αt和α∞oα，则:=ocK反∞α(12-6)=ocK产tα(12-7)=cK反+(ccKo−产式中(12-8)反K=[]ltDα(蔗糖)；产K=[]ltDα(葡萄糖)+[]ltDα(果糖)。由（12-6）、（12-7）式可得：oα-∞α=（反K-产K）oc（12-9）tα-∞α=（反K-产K）c（12-10）(12-9)式除以（12-10）式，得∞∞−−=ααααtcc00将(12-11)式代入（12-2）式，得（12-11）∞∞−−ααααt0ln=kt（12-12）改写成:ln(tα-∞α)=-kt+ln(oα-∞α)（12-13）(12-13）式可以看出以ln(tα-∞α)对t作图可得一直线，由直线的斜率m=-k即可求得反应速率常数k，由截距可得到oα。三仪器与药品WZZ-I型自动指示旋光仪1台20cm旋光管（带有恒温水外套）1个恒温槽1个上皿天平1台移液管（25ml）2个烧杯（50ml、500ml）各1个双叉管1支2mol·L-1蔗糖（A·R）HCI溶液四实验步骤1.将恒温槽调节至20℃恒温。2.用上皿天平称10克蔗糖溶于蒸馏水中，到入50ml容量瓶，并稀释到刻度（蔗糖完全溶解，若溶液浑浊需进行过滤），用移液管取25ml蔗糖溶液和25ml的2mol·L-13.旋光仪零点的校正HCI溶液分别注入双叉管的两个叉管中（注意勿使两溶液混合），然后盖上胶塞，将此双叉管置于恒温槽中恒温。打开旋光仪开关预热（使用方法见本实验“附录”）。洗净旋光管的各部件，注入蒸馏水使液体在管口形成一凸面，将玻璃片从正上方盖下，再盖上盖，用螺帽旋紧，勿使漏液或有气泡形成(若有小气泡