旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

实验六：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数一、实验目的：1、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；2、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法；3、测定蔗糖转化反应的平均活化能；二、实验原理：蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为：C12H22O11+H20→C6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖为使水解反应加速，反应常以H3Oeq\o(\s\up6(+),\s\do2())为催化剂，故在酸性介质中进行水解反应中。在水大量存在的条件下，反应达终点时，虽有部分水分子参加反应，但与溶质浓度相比认为它的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，其动力学方程式为：lnC=-kt+lnC0式中：C0为反应开始时蔗糖的浓度；C为t时间时的蔗糖的浓度。当C=0.5C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。t1/2=ln2/k上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速率常数k，而与起始无关，这是一级反应的一个特点。蔗糖及其水解产物均为旋光物质，当反应进行时，如测定体系的旋光度的改变就可以量度反应的进程。而溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源波长及反应温度等因素有关。为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度[α]这一概念，并表示为：[α]eq\o(\s\up6(20),\s\do2(D))=α*100/(L*CA)式中：20为实验时温度20℃；D为所用钠灯光源D线，波长589nm，α为旋光度；L为液层厚度（dm）；C为浓度（g*100mLeq\o(\s\up6(-1),\s\do2())），当其他条件不变时，即：A=K’C(K’在一定条件下是一常数)。且当温度及测定条件一定时，其旋光度与反应物浓度有下列关系：反应时间为0时:α0=β反C0(1)反应时间为t时:αt=β反C+β生（C0-C）(2)反应时间为∞时:α∞=β生C0(3)联立以上三式：[（1）-（3）]/[（2）-（3）]代入式（4）中，得：ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)由上式可以看出，以ln(αt-α∞)对t作图可得一直线，由直线斜率即可求得反应速度常数k，由截距可得到α0值。三、实验步骤：1、仪器装置2、旋光仪的零点校正根据蒸馏水为非旋光物质，可以用蒸馏水来校正旋光仪的零点。打开光源，调节目镜聚焦，使视野清晰，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α，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、反应过程的旋光度的测定在锥形瓶中称取20g蔗糖，加入100ml蒸馏水，使蔗糖完全溶解，用移液管移取蔗糖溶液25ml,注入预先清洁干燥的50ml试管内并加盖；用另一支移液管移取25ml4.00mol·dm-3的HCL溶液，置于另一支50ml试管内加盖。4、α∞的测定将余下反应液置于50-60℃的水浴内温热40min,使其加速反应至完全，然后取出，冷至试验温度下测定旋光度，在10-15min内，读取5-7个数据，如在测量误差范围内，取其平均值，即为α∞值。四、数据处理数据记录：时间t（min）123456789旋光度αt10.9510.009.508.608.307.607.356.906.50时间t(min)101112131415161718旋光度αt6.105.705.354.804.453.903.453.002.50时间t(min)202224262830323436旋光度αt2.001.350.900.650.00-0.20-0.70-1.00-1.25时间t(min)38404244464850旋光度αt-1.65-1.85-2.00-2.10-2.40-2.60-2.75时间t(min)135791113α∞-3.65-3.65-3.70-3.70-3.70-3.70-3.751、将反应过程所测得的旋光度αt和对应时间t列表，作出αt-t曲线图。2、在αt-t曲线上，等间隔取8个（αt-t）数组，并通过计算，以㏑（αt-α∞）对t作图，由直线斜率求反应速率常数k并计算反应半衰期t1/2。时间t612182430364248αt7.604.802.500.90-0.20-1.25-2.00-2.60㏑（αt-α∞）2.422.141.821.531.250.900.530.10所以k=0.054,t1/2=ln2/k=13min五、注意事项：⑴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。⑵在测定α∞时，通过加热使反应速度加快转化完全。加热温度不要超过60℃。⑶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。⑷旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时应熄灭，以免损坏。六、问题分析1.实验中，我们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?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.配置蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果是否有影响？答：有，当蔗糖称量过大时，使蔗糖浓度变大，蔗糖水解速率测量结果会偏大；反之则偏小。3.在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液中，