8实验八蔗糖水解反应速率常数的测定

一、实验目的1.了解蔗糖水解反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。2.测定蔗糖水解反应的速率常数和半衰期。3.了解旋光仪的基本原理，掌握其正确的操作技术。二、实验原理反应速率只与某反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应，速率方程可由下式表示：—式中c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。积分可得：lnc=－kt+lnc0c0为反应开始时反应物浓度。当c=c0/2时，对应t可用t1/2表示，称为反应的半衰期，即反应物浓度反应掉一半所用时间，得一级反应的半衰期为：t1/2=蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6(蔗糖)(葡萄糖)(果糖)它属于二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水大量存在，尽管有部分水分子参与反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的，而且H+是催化剂,其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反应可看作为一级反应。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进程中旋光度的变化来度量反应进程。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，溶剂性质，溶液浓度，样品管长度及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系，即α=Kc式中比例常数K与物质旋光能力，溶剂性质，样品管长度，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：式中“20”表示实验时温度为20℃，D是指用纳灯光源D线的波长（即589毫微米），α为测得的旋光度，l为样品管长度（dm），cA作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度=66.6°；生成物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度=52.5°，但果糖是左旋性物质，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质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。设最初系统的旋光度为α0=K反cA,0（t=0，蔗糖尚未水解） （1）最终系统的旋光度为α∞=K生cA,0（t=∞，蔗糖已完全水解） （2）当时间为t时，蔗糖浓度为cA，此时旋光度为αtαt=K反cA+K生(cA,0－cA) (3）联立（1）、（2）、(3)式可得：cA,0==K′（α0－α∞）(4)cA==K′（αt－α∞） (5)将（4）、（5）两式代入速率方程即得：ln(αt－α∞)=－kt+ln（α0－α∞）我们以ln(αt－α∞)对t作图可得一直线，从直线的斜率可求得反应速率常数k，进一步也可求算出t1/2。三、实验仪器、试剂仪器：旋光仪，停表，恒温水浴一套，移液管（50mL），磨口锥形瓶（100mL），烧杯（100mL），台秤，洗耳球:试剂：蔗糖（AR），盐酸（3mol/L，AR）结果与讨论本实验是测定蔗糖水解反应速率常数，实验过程中应该注意：装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。在测定α∞时，通过加热使反应速度加快转化完全。但加热温度不要超过60℃大约60min后基本分解完全。由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上，实验结束后必须将旋光管洗净。七、思考题1.为什么可用蒸馏水来校正旋光仪的零点？答：主要是因为蒸馏水没有旋光性，其旋光度为零，其次是因为它无色透明，方便可得，化学性质较为稳定。2.在旋光度的测量中为什么要对零点进行校正？它对旋光度的精确测量有什么影响？在本实验中若不进行校正对结果是否有影响？答：旋光仪由于长时间使用，精度和灵敏度变差，故需要对零点进行校正。若不校正会使测量值的精确度变差，甚至产生较大的误差。本实验数据处理时，用旋光度的差值进行作图和计算，仪器精度误差可以抵消不计，故若不进行零点较正，对结果影响不大。3.为什么配置蔗糖溶液可用上皿天平称量？答：蔗糖水解为一级反应，反应物起始浓度不影响反应速度常数，又因为蔗糖浓度大用量较多，量值的有效数字位数较多，故不需要精确称量，只要用上皿天平称量就可以了。4．蔗糖溶液为什么可粗略配制？答：蔗糖水解为一级反应，反应物起始浓度不影响反应速度常数，又因为蔗糖浓度大用量较多，量值的有效数字位数较多，故不需要精确称量，只要用上皿天平称量就可以了。5．蔗糖的转化速度和哪些因素有关？答：与温度有关和浓度.(温