蔗糖水解反应速率常数的测定实验报告

序号： 6  物理化学实验 姓名：××× 院系：化学化工学院 班级：××× 学号：××××××× 指导老师：××× 同组者：××××××××××× 实验项目名称：蔗糖水解反应速率常数的测定                                                                                   一、实验目的 (1)根据物质的旋光性质研究蔗糖水解反应，测定其反应的速率常数和半衰期； (2)了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。 二、实验原理 蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应方程式为 C12H22O11 + H2O === C6H12O6   + C6H12O6 为使水解反应加速，反应常常以Ｈ+为催化剂，故在酸性介质中进行。由于在较稀的蔗糖溶液中，水是大量的，反应达到终点时，虽有部分水分子参加反应，但可认为其没有改变。因此，在一定的酸度下，反应速度只与蔗糖的浓度有关，所有本反应可视为一级反应。该反应的速度方程为： －=KC 积分后： ln=Kt  或　㏑C=－k t+㏑C。                      式中，C。为反应开始时蔗糖的浓度；C为时间t时的蔗糖浓度，K为水解反应的速率常数。 从上式中可以看出，在不同的时间测定反应物的浓度，并以㏑Ct对t作图，可得一条直线，由直线斜率即可求出反应速率常数K。然而反应是不断进行的，要快速分析出某一时刻反应物的浓度比较困难。但根据反应物蔗糖及生成物都具有旋光性，且他们的旋光性不同，可利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。 旋光度与浓度呈正比，且溶液的旋光度为各组分的旋光度之和（加和性）。若以α0，αt，α∞分别为时间0，t，∞时溶液的旋光度，则可导出：         C0∝（α0－α∞），Ct∝（αt－α∞）                    所以可以得出： ㏑（α0－α∞）/（αt－α∞）＝k t 即： ㏑（αt－α∞）＝－k t﹢㏑（α0－α∞）                                                            上式中㏑（αt－α∞）对t作图，从所得直线的斜率即可求得反应速度常数K。 一级反应的半衰期则用下式求取：                       =㏑2/k＝0.693/k                      三、仪器和试剂 仪器：自动指示旋光仪一台；移液管（25 mL）2支；超级恒温槽1台；烧杯（150 mL）2个；恒温水浴锅1台；吸耳球1个；秒表1块；容量瓶（50mL）1个；锥形瓶（100 mL）2个； 试剂：蔗糖（AR）；2 mol/L的盐酸溶液。 四、实验操作 1、温度设定与准备 （1）将旋光仪电源开启预热10min。 （2）将超级恒温槽的温度调节到25℃。 2、溶液配制与恒温 称取10g蔗糖于烧杯中，加蒸馏水溶解，移至50mL容量瓶定容至刻度，用移液管吸取25mL蔗糖溶液注入一锥形瓶中，将两个锥形瓶用玻璃塞或橡皮塞盖好后，置于25℃的恒温槽中恒温10~15min。 3、蔗糖水解反应过程中αt的测定 将恒温后的两个锥形瓶取出，将HCl溶液倾倒至蔗糖溶液中。倾倒的同时，开始用秒表计时，然后将两锥形瓶互相倾倒2~3次，使溶液混合均匀。用少许混合液荡洗旋光管2~3次，然后将溶液置于旋光仪中，测试溶液的旋光度。从混合计时起，分别选择在2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60min时处进行测定。 4、α∞的测定 将步骤4中的剩余混合液置于50~60℃的水浴中加热30min，以加速水解反应，然后冷却至实验温度，测其旋光度，可以将该测量值做为α∞的值。 六、数据处理 室温：23.5℃            压强：100.1KPa 反应开始温度：23.5℃  ：-2.58          ：2mol/L 表1 旋光度与时间表 2 27.36 3.399 4 26.71 3.377 6 26.09 3.356 8 25.53 3.336 10 24.80 3.310 15 23.42 3.258 20 22.02 3.203 30 19.53 3.096 40 17.52 3.001 50 15.83 2.913 以为横坐标，为纵坐标作图 图1  图       曲线方程  ㏑（αt－α∞）＝3.41941562－0.01t 对比    可得  K=0.01 半衰期为    t1/2  = In 2 / k = 69.3 min 六、思考题 1.蔗糖水解反应速率常数与哪些因素有关 答：水解速率常数与温度，与水的浓度和盐酸的浓度有关 2.为什么可用蒸馏水来校正旋光仪的零点？求速率常数时，所测旋光度是否必须进行零点校正？ 答：因为蔗糖溶液是用蒸馏水配制的，用蒸馏水调零点已经减去了蒸馏水的影响。 3．记录反应开始的时间晚了一些，是否影响k值的测定?为什么?     答：不会影响；因为蔗糖转化反应对蔗糖为一级反应，本实验是 以㏑（αt－α∞）对t作图求k，不需要α0的数值。 4.反应开始，为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中，而不相反？ 答：因为如果相反的话，当蔗糖刚到入盐酸重中时导致盐酸过量，是蔗糖迅速反应，是可测数值减少，进而影响实验结果。 5．配制蔗糖溶液时称量不够准确或实验所用蔗糖不纯对实验有什么影响? 答：此反应对蔗糖为一级反应，利用实验数据求k时不需要知道蔗糖的初始浓度。所以配溶液时可用粗天平称量。若蔗糖中的不纯物对反应本身无影影响，则对实验结果也无影响。