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、 目的要求
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H2OC6H12O6十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
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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H2OC6H12O6十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aD=66.6º;葡萄糖是右旋的,比旋光度aD=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a20
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:
aD
t
2020
a
(4) lc
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:
atDlm/100 (5)
c或 aaDl (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
aKc (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
2.303a0a
(10) lg
tata
k
t2.303
将上式改写成:
(ta) lgalaga ) (11) 0(
由(11)式可以看出,如以lg(ata)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
TT
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(分析纯)。
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、思考题
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?
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