蔗糖水解反应速率常数的测定-yr

蔗糖水解反应速率常数的测定-yr 蔗糖水解反应速度常数的测定 一、 目的 1、了解蔗糖水解反应的旋光特征，测定其反应速度常数。 2、掌握旋光仪的基本原理及使用方法。 二、 实验原理 蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为： H C12H22O11十H2OC6H12O6十C6H12O6  蔗糖 葡萄糖 果糖 该反应是在酸性介质中进行的。在反应过程中虽有部分水分子参加反应，但在整个反应中浓度基本没有改变，故此反应可视为一级反应，其动力学方程式为： 或k dc kc (1) dt 2.303c0 lg (2) tc 式中：c0为反应开始时蔗糖的浓度；c为时间t时蔗糖的浓度。 当c=1/2c0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。 t1/2 = ln2 (3) k 上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速度常数k，而与起始浓度无关，这是一级反应的一个特点。 蔗糖及其水解产物均为旋光性物质，但旋光方向及旋光能力各不相同，蔗糖是右旋的，比旋光度aD＝66.6º；葡萄糖是右旋的，比旋光度aD＝52.5º；果糖是左旋的，比旋光度＝-91.9 º。随着反应的不断进行，体系的旋光方向从右旋慢慢变为左旋。因此可利用体a20 D系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。 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、光源的波长以及反应时的温度等因素有关。各种物质的比旋光度[a]可用下式表示： aD t 2020 a (4) lc 式中：t为实验时的温度；D为所用光源的波长；为旋光度；l为液层厚度(常以10cm为单位)；c为浓度(常用100mL溶液中溶有m克物质来表示)，(4)式可写成： atDlm/100 (5) c或 aaDl (6) 由(6)式可以看出，当其他条件不变时，旋光度。与反应物浓度成正比，即 aKc (7) 式中：K是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关系的常数。 由于溶液的旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和(加合性)。若反 t a 应时间为0、∞时溶液的旋光度各为0、，则由(7)式即可导出：体系最初的旋光度为：c0， 体系最终的旋光度：=K生·c0，式中K反、K生分别为反应物和生成物的比例0=K反· 常数。当蔗糖反应时间为t时，蔗糖的浓度为c，旋光度为t。则 t =K反·c + K生·(c0-c) 综合可得关系式： c0=（0-）/(K反-K生) =K（0-） （8） c=（t-）/(K反-K生) =K（t-） （9） 将(8)、(9)式代人(2)式中可得： k 2.303a0a (10) lg tata k t2.303 将上式改写成： (ta) lgalaga ) (11) 0( 由(11)式可以看出，如以lg(ata)对t作图可得一直线，由直线的斜率即可求得反应速度常数k。本实验就是用旋光仪测定at、a∞值，通过作图由截距可得到a0。 如果测出两个不同温度时的k值，利用Arrhenius公式求出反应在该温度范围内的平均活化能。 ln Ek(T2) a k(T1)R 11 TT 1 （12） 2 三、仪器与试剂 旋光仪1台；停表1块；旋光管（带有恒温水外套）1支；超级恒温槽1套；恒温槽1套；容量瓶（50mL）1个；电子天平（或台秤）1台；锥形瓶（100mL）2个；移液管（25mL）2支；烧杯（100mL、500mL）各1个；2mol/LHCI溶液；蔗糖（纯）。 四、操作步骤 1、实验准备 (1)将超级恒温槽调节到25℃恒温，然后将旋光管的外套接上恒温水，如图l。配制蔗糖溶液 用天平称取10g蔗糖放入烧杯内，加少量蒸馏水溶解后转移到50mL容量瓶中，稀释至刻度。 (2)旋光仪零点的校正 打开旋光仪电源开关，预热2min。依次按下光源、测量开关，按下测量开关，机器处于自动平衡状态，按复测一到两次，再按清零按钮清零。洗净旋光管各部分零件，将旋光管 图1 旋光管 一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，取玻璃盖片沿管口轻轻推入，盖好后再旋紧套盖（操作时不要用力过猛，以免压碎玻璃片），勿使其漏水或有气泡产生。放入箱盖，待小数稳定后，按清零按钮归零。 2、蔗糖水解过程中αt的测定 用移液管取25mL蔗糖溶液和25mL2mol/LHCI溶液分别注人两个100mL干燥的锥形瓶中，并将此二锥形瓶同时置于恒温槽中恒温10分钟。待恒温后将HCl溶液加到蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCI溶液加人一半时开动停表作为反应的开始时刻，不断振荡摇动，迅速取少量混合液清洗旋光管二次，然后将此混合液注满旋光管，盖好玻璃片旋紧套盖（检查是否漏气和是否有气泡），擦净旋光管两端玻璃片，立刻置于旋光仪暗箱，测量t=3、6、9、12、15、20、25、30、35、40min时溶液的旋光度αt。 3、α的测定 将上步骤中剩余的混合液置于60℃左右的水浴中温热30min，以加速水解反应，然后冷却至实验温度。按上述操作，测其旋光度，此值即可认为是α。 4、调恒温水浴温度至35℃, 重复上列步骤2～3，测量另一温度下的反应数据。实验结束时应立刻将旋光管洗净擦干，防止酸对旋光管腐蚀。 五、数据处理 1．以lg(t)对t作图，得到一条直线，求直线的斜率，并根据11式求出反应速率常数k。 2．计算蔗糖水解反应的半衰期tl／2值。 3．计算此反应的活化能。 六、注意事项 1、在放置炫光管上的玻璃片时，将玻璃盖片沿管口轻轻推上盖好，再旋紧套盖，不要使其漏水或产生气泡。 2、测量完毕的溶液要倒入烧杯中，以防丢失样品管的盖玻璃。 3、实验结束时，应立即将旋光管洗净擦干，防止酸对旋光箱的腐蚀。 七、思考 1．若旋光管中有气泡，对实验有什么影响? 2．零点校正对旋光度的精确测量有什么影响? 若不进行校正对结果是否有影响? 3．为什么配制蔗糖溶液可用台秤称量?