蔗糖水解速率常数的测定

蔗糖水解速率常数的测定1．数据处理结果要求：=1\*GB3①蔗糖比旋度，用100mm旋光管测定，数据可控制在66.01.0=2\*GB3②用公式计算实验数据，并与手册中查得的蔗糖旋光度（适用范围287~303K）进行比较。=3\*GB3③将时间t、旋光度（t）、lg（t）列表。=4\*GB3④lg（t）~t作图，由直线斜率求出两温度下的k(T1)和k(T2)，各自的反应半衰期，由图外推求t=0时的两个0。=5\*GB3⑤由k(T1)和k(T2)利用Arrhenius公式求其平均活化能。HCl浓度对蔗糖水解速度常数的影响（蔗糖溶液浓度均为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.点评实验关键=1\*GB3①能正确而较快地测读旋光仪的读数，初操作仪器者通过测蔗糖比旋光度而得到练习。=2\*GB3②温度对实验数据的影响大，要注意整个实验时间内的恒温，如无样品管恒温夹套，则旋光管离开恒温水浴时间应短。根据实验数据，当[H+]=1M（HCl），蔗糖10%k303.7K=3.35102min1k313.2K=7.92102min1由以上数据求得在303.7~313.2K温度范围内平均活化能Ea71kJmol1。可见，本实验的实验温度范围最好控制在288~303K内进行，温度过高反应速度太快读数将发生困难。=3\*GB3③HCl浓度也要配制正确，[H+]对反应速度常数有影响，若酸浓度不准，尽管数据线性关系再好，k值偏离文献数据。=4\*GB3④HCl与蔗糖都要预恒温至实验温度，否则将影响初始几点的实验真实温度。蔗糖的水解在酸性介质中进行，H+为催化剂，在[H+]浓度较低时，水解速度常数S蔗糖+H+SHk[H+]但在[H+]增加时，k与[H+]不成比例，且用HCl和用HNO3或HClO4对反应速度常数的影响也不一样（特别是酸浓度高时）。进一步实验指出若[H+]较大，反应速度常数k正比于h0S蔗糖+H+SH其中aH+是氢离子活度，S和SH+为H+、SH+的活度系数，利用[H+]对k的影响，可以研究蔗糖水解的机理，长期以来有二种假设：=1\*GB3①=1\*GB3①S+H+SH+SH+x+x++H2O产物+H+=2\*GB3②S+H+SH+SH++H2O产物+H+快慢快快慢按照反应=1\*GB3①属一级反应，从理论上可以推出反应速度常数k应与h0成正比。按照反应=2\*GB3②属假单分子（二级）反应，从理论上可以推出反应速度常数k应与[H+]成正比。从而实践证明第一种机理是正确的，因而蔗糖水解判为一级反应。反应是一复杂反应。显然其计量方程式并不表示此反应的机理，反应也非双分子反应。（3）本实验的误差可作如下估计：根据显然，在不同时刻t所得t代入上式中计算k的误差是不同的。采用微分方程推导速率常数的相对误差的结果是=1\*GB3①应增加旋光管长度假设在200mm旋光管中有下列一点的数据t=25min，0=13.2，t=5.20，=dt=0.5min，d0=dt=d=0.05代入上式求得若此点改在100mm旋光管中测，得到t=25min，0=6.6，t=2.60，=2.05；dt=0.5min，d0=dt=d=0.05代入上式求得可见用较长旋光管可以减少读数误差而提高精度。=2\*GB3②选时间长短、取点要合理当t较小时，主要误差来源于时间误差，如t=10min，引入误差为5%。而t较大时，（t）较小，是主要误差来源，因此实验取点要合理，既不能取时间太短，又不能取时间太长的点，本实验误差应小于10%（一般动力学实验误差限）。3．讨论（1）旋光度的零点校正有何意义？解蔗糖是否纯，通过测比旋光度来鉴定。另外，零点校正有利于近终点的判断。即旋光性由右旋变到左旋。（2）为什么配蔗糖溶液可用粗天平秤量？解其一，对于这个假单分子（二级）反应，由于大量水存在，虽有部分水分子参加反应，但在反应过程中水的浓度变化极小，所以只要蔗糖浓度浓度不太浓，水的浓度变化问题对反应速度的影响不大。其二，浓度不同的蔗糖，在200mm管中测得=26.60蔗糖反应中旋光系数正比于旋光系数，其三，尽管蔗糖的转化速度与蔗糖浓度、酸浓度、温度及催化剂种类有关，但速率常数k与其中的蔗糖浓度无关，是可以从公式看出的。(3)如果没有数据（或者反应未趋完全），是否也能求得反应速率常数？解=1\*GB3①对于一级反应在没有数值，或者在反应不完全，不能求得值时，也可由下法求出反应的速率常数k值来。先列出时间为t时的浓度c1，（或t）和时间为t+t时的浓度c2，（或2），t可为任意的时间间隔，不过最好是实验时反应进行时间的一半，作lg(c1-c2)对t的图其斜率即为k/2.303。公式推导如下：c=c0ekt由此可得c1=c0ekt，c2=c0ek（t+t），c1c2=c0ekt(1ek取对数（2.10然后作lg(c1-c2)~t图，由斜率求得k。由于旋光度与浓度c成正比，所以可直接用旋光度代c。设=Kc+P，c1c2=（1代入（2.9.1）得=2\*GB3②ln(t)=ln(0)kt不知0，也一样求k值。而蔗糖水溶液与HCl的混合恰恰是放热反应恒温条件被破坏，使得最初的一些点的测试出现偏差。（4）试推导公式解对于任何化学反应体系，在温度、压力一定时，若某物理性质“”具有加和性，且与浓有线性关系，则必有关系式(2.10.2(2.10.2)式对于一级反应、二级（如乙酸乙脂皂化）反应及对任意一个化学反应，其计量方程式为aA+bB=gG+hH，并设、、和分别为A、B、G和H在反应进行到记时初始时刻（记为t=0）时的浓度，kA、kB、kG和kH为比例常数。列出线性关系式=介质+（A+B+G+H）0=介质+（KA+KB+KG+KH）=介质+[KB(]+[KG(]+[KH(t=介质+{KA+KB[]}+[KG(]+KH[}所以（5）判断：蔗糖水解实验是将盐酸溶液倒入蔗糖溶液。解对（6）拟出测有色(红棕色水溶液)香精香根油旋光度的简易方法。解：（1）用活性炭脱色（2）用有机溶剂稀释（3）选样品管长度的原则是使能透过光路看清三分视野的变化（4）计算则根据稀释倍率及比旋度公式4.思考题1.实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点?在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度αt是否需要零点校正?为什么?答：蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂，故用纯蒸馏水作零点校正。蔗糖转化反应过程中，无须再作零点校正，因都以蒸馏水作校正，只需校正一次。2.配置溶液时不够准确，对测量结果是否有影响？答：有，当HCl溶