蔗糖水解速率常數(shù)的測定

1、蔗糖水解反應速度常數(shù)的測定蔗糖水解反應速度常數(shù)的測定一、實驗目的一、實驗目的二、實驗原理二、實驗原理三、藥品儀器三、藥品儀器四、實驗步驟四、實驗步驟五、實驗記錄五、實驗記錄六、數(shù)據(jù)處理六、數(shù)據(jù)處理八、注意事項八、注意事項九、思考題九、思考題七、結(jié)果分析與討論七、結(jié)果分析與討論實驗目的 1.測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應的速率常數(shù)和半衰期；測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應的速率常數(shù)和半衰期； 2.了解該反應的反應物濃度與旋光度之間的關(guān)系；了解該反應的反應物濃度與旋光度之間的關(guān)系； 3.了解旋光儀的基本原理，掌握旋光儀的正確使用了解旋光儀的基本原理，掌握旋光儀的正確使用方法。方法。實驗原理 蔗糖是從甘蔗內(nèi)提取的一種純有機化合物

2、，蔗糖是從甘蔗內(nèi)提取的一種純有機化合物，也是和生活關(guān)系最密切的一個天然碳水化合物，也是和生活關(guān)系最密切的一個天然碳水化合物，它是由它是由D-(-)-果糖和果糖和D-(+)-葡萄糖通過半縮酮和半葡萄糖通過半縮酮和半縮醛的羥基相結(jié)合而生成的?？s醛的羥基相結(jié)合而生成的。 蔗糖經(jīng)酸性水解后，產(chǎn)生一分子蔗糖經(jīng)酸性水解后，產(chǎn)生一分子D-葡萄糖和葡萄糖和一分子一分子D-果糖：果糖： 蔗糖蔗糖 葡萄糖葡萄糖 果糖果糖612661262112212OHCOHCOHOHCH 該反應是一個該反應是一個二級反應二級反應，在純水，在純水中此反應的速率極慢，通常需要在中此反應的速率極慢，通常需要在H+離子催化作用下進行。

3、離子催化作用下進行。 由于反應時水是大量存在的，盡由于反應時水是大量存在的，盡管有部分參與了反應，仍可近似地認管有部分參與了反應，仍可近似地認為整個反應過程中水的濃度是恒定的；為整個反應過程中水的濃度是恒定的；而且而且H+是催化劑，其濃度也保持不變。是催化劑，其濃度也保持不變。因此蔗糖反應可看作為因此蔗糖反應可看作為假一級反應假一級反應。一級反應的速率方程為：一級反應的速率方程為：KCdtdC式中：式中：C 為時間為時間 t 時的反應物濃度時的反應物濃度 0lnlnCKtC積分可得：積分可得：式中：式中：C0為反應開始時反應物濃度。為反應開始時反應物濃度。K：t，tt，CC2ln2121210

4、即為反應半衰期表示可用時間時當K為為反應速率常數(shù)反應速率常數(shù) （1）= =K t或或 因為蔗糖及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物都具有旋因為蔗糖及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同，故光性，而且它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應進程中旋光度變可以利用體系在反應進程中旋光度變化來度量反應進程。化來度量反應進程。 本實驗通過測定反應液的旋光度本實驗通過測定反應液的旋光度來求得蔗糖水解反應的來求得蔗糖水解反應的速率常數(shù)速率常數(shù)k和和半衰期半衰期t1/2。 =C 式中：比例常數(shù)式中：比例常數(shù)與物質(zhì)旋光能力、溶劑性與物質(zhì)旋光能力、溶劑性質(zhì)、樣品管長度及溫度等有關(guān)。質(zhì)、樣品管長度及溫度等有關(guān)。 物質(zhì)的旋光能力

5、用比旋光度來度量，物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來度量，比旋光度比旋光度用下式表示：用下式表示：ADCl10020).100/(),(,),589(,2020020mlgCdmlnmDDCAD為濃度為樣品管長度為測得的旋光度即線的波長是指用鈉燈光源表示實驗時溫度為右上角的 反應物反應物蔗糖蔗糖是是右旋右旋性物質(zhì)，其比旋光性物質(zhì)，其比旋光度度D20=66.6o；生成物中；生成物中葡萄糖葡萄糖也是也是右旋右旋性性物質(zhì)，其比旋光度物質(zhì)，其比旋光度D20=52.5o；但；但果糖果糖是是左左旋旋性物質(zhì)，其比旋光度性物質(zhì)，其比旋光度D20=-91.9o。 由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖由于生成物中果糖的左旋性

6、比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性質(zhì)。因此右旋性大，所以生成物呈左旋性質(zhì)。因此隨著反應的進行，體系的隨著反應的進行，體系的右旋角不斷減少右旋角不斷減少，反應至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等反應至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全水于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全水解，這時左旋角達到最大值解，這時左旋角達到最大值。設體系最初的旋光度為：設體系最初的旋光度為：00C反（t=0，蔗糖尚未轉(zhuǎn)化），蔗糖尚未轉(zhuǎn)化）當時間為當時間為t 時，蔗糖濃度為時，蔗糖濃度為C，此時旋光度，此時旋光度為為t，即：，即：體系最終的旋光度為：體系最終的旋光度為：0C生（t=，蔗糖已完全轉(zhuǎn)化

7、），蔗糖已完全轉(zhuǎn)化）)(0CCCt生反（2）（3）（4）0- =(反反-生生)C0 (5) t- =(反反-生生)C (6) (5)式除以式除以(6)式，得：式，得：(7)將將 (7) 式代入式代入(1)式即得：式即得：)ln()ln(0Ktt 顯然，以顯然，以ln(t-)對對t作圖可得一直線，作圖可得一直線，從直線從直線斜率斜率即可求得反應速率常數(shù)即可求得反應速率常數(shù)k。 若知道不同溫度下的速率常數(shù)，則若知道不同溫度下的速率常數(shù)，則可求出反應的活化能可求出反應的活化能Ea值：值：121221lnKKTTTRTEa0lnlnCKtC藥品儀器1. 旋光儀；旋光儀；2. 超級恒溫器；超級恒溫器；3

8、.恒溫水浴鍋；恒溫水浴鍋；4. 移液管、錐形瓶、容量瓶等；移液管、錐形瓶、容量瓶等；5. 蔗糖蔗糖(10)、HCl(2mol/L)等。等。實驗步驟開啟恒溫器開啟恒溫器旋光儀開關(guān)旋光儀開關(guān)調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)溫度儀器調(diào)零儀器調(diào)零關(guān)閉旋光儀關(guān)閉旋光儀整理實驗臺整理實驗臺 蔗糖、鹽酸蔗糖、鹽酸恒溫恒溫15分分鐘鐘水解過程的水解過程的旋光度測定旋光度測定完全水解的完全水解的旋光度測定旋光度測定溫度設定及旋光儀零點校正 溫度設定：溫度設定：調(diào)節(jié)恒溫器的接點溫度計，調(diào)節(jié)恒溫器的接點溫度計，至至25（以玻璃溫度計為準）（以玻璃溫度計為準） 旋光儀零點校正：旋光儀零點校正：用蒸餾水清洗樣品管用蒸餾水清洗樣品管后，向管

9、內(nèi)倒?jié)M蒸餾水（不產(chǎn)生氣泡），后，向管內(nèi)倒?jié)M蒸餾水（不產(chǎn)生氣泡），用濾紙吸干管外壁的水，將樣品管放入用濾紙吸干管外壁的水，將樣品管放入旋光儀中，調(diào)整旋光度的刻度值為零或旋光儀中，調(diào)整旋光度的刻度值為零或其零刻度附近。其零刻度附近。 用移液管吸取用移液管吸取25ml10蔗糖溶液加入到蔗糖溶液加入到50ml的磨口三角瓶中。的磨口三角瓶中。 用移液管吸取用移液管吸取25ml2mol/L鹽酸加入到鹽酸加入到50ml的磨口三角瓶中。的磨口三角瓶中。 把兩個三角瓶同時放入超級恒溫器中，恒把兩個三角瓶同時放入超級恒溫器中，恒溫溫15分鐘。分鐘。 待蔗糖與鹽酸溶液恒溫待蔗糖與鹽酸溶液恒溫15分鐘后取出，分鐘后取

10、出，把鹽酸溶液倒入到蔗糖溶液中，加入一把鹽酸溶液倒入到蔗糖溶液中，加入一半時開始計時，全部加入后搖勻；半時開始計時，全部加入后搖勻； 混合后的溶液，倒入旋光管中（不產(chǎn)生混合后的溶液，倒入旋光管中（不產(chǎn)生氣泡），用濾紙吸干管外壁的溶液，將氣泡），用濾紙吸干管外壁的溶液，將旋光管放入旋光儀中，每旋光管放入旋光儀中，每5分鐘測一次分鐘測一次旋光度的值；旋光度的值；20分鐘后，每分鐘后，每10分鐘測一分鐘測一次，再次，再40分鐘、分鐘、55分鐘、分鐘、75分鐘、分鐘、100分鐘各測一次旋光度的值，實驗結(jié)束。分鐘各測一次旋光度的值，實驗結(jié)束。 把剩余的水解反應液，放在恒溫水把剩余的水解反應液，放在恒溫水

11、浴鍋中，在浴鍋中，在60條件下恒溫條件下恒溫30分鐘，分鐘，然后移到超級恒溫器中恒溫然后移到超級恒溫器中恒溫15分鐘。分鐘。 測定完全水解的旋光度的值即測定完全水解的旋光度的值即。實驗數(shù)據(jù)記錄實驗日期：實驗日期： ；超級恒溫器溫度：超級恒溫器溫度： ；旋光儀零點：；旋光儀零點： 。t的測定：的測定：最終旋光度最終旋光度= 。 時間(min)5 5 5 5 10 10 15 20 25旋光度t數(shù)據(jù)處理1.計算計算t-和和ln(t-)；2.作作ln(t-) t關(guān)系圖；關(guān)系圖； 3.計算直線斜率計算直線斜率k，反應速率常數(shù)，反應速率常數(shù)K；4.求出半衰期求出半衰期t1/2。計算t-和ln(t-)的結(jié)

12、果時間(min)55551010 15 20 25t-ln(t-)t1 t2 t(min)0AB反應速率常數(shù)：kK 半衰期：Kt2ln21實驗結(jié)果與討論結(jié)果：實測值為=計算實驗偏差：分析產(chǎn)生偏差的原因：有何建議與想法？注意事項：注意事項：1.1.裝上溶液后的樣品管內(nèi)裝上溶液后的樣品管內(nèi)不能有氣泡不能有氣泡產(chǎn)生，樣產(chǎn)生，樣品管要密封好，不要發(fā)生漏液現(xiàn)象；品管要密封好，不要發(fā)生漏液現(xiàn)象；2.2.樣品管洗滌及裝液時要保管好玻璃片和橡皮樣品管洗滌及裝液時要保管好玻璃片和橡皮墊圈，防止摔碎或丟失；墊圈，防止摔碎或丟失；3.3.配制蔗糖溶液時要注意使蔗糖固體全部溶解，配制蔗糖溶液時要注意使蔗糖固體全部溶解

13、，并充分混均溶液；并充分混均溶液；4.4.測定測定時，要注意被測樣品在時，要注意被測樣品在5050 6060條件條件恒溫恒溫30min30min后后( (但不能超過但不能超過6060，否則有副反，否則有副反應發(fā)生應發(fā)生) )，移到超級恒溫器中再恒溫，移到超級恒溫器中再恒溫20min20min；5.5.必須對旋光儀調(diào)零校正，若調(diào)不到零，需要必須對旋光儀調(diào)零校正，若調(diào)不到零，需要進行數(shù)據(jù)校正。進行數(shù)據(jù)校正。思考題 1.在混合蔗糖溶液和鹽酸溶液時，是將鹽酸溶在混合蔗糖溶液和鹽酸溶液時，是將鹽酸溶液加到蔗糖溶液中，可否將蔗糖溶液加到鹽酸液加到蔗糖溶液中，可否將蔗糖溶液加到鹽酸溶液中？為什么？溶液中？為

14、什么？ 2.若不用蒸餾水校正旋光儀的零點，是否會影若不用蒸餾水校正旋光儀的零點，是否會影響實驗結(jié)果的準確度？響實驗結(jié)果的準確度？ 3.如何從實驗結(jié)果，分析說明蔗糖水解反應為如何從實驗結(jié)果，分析說明蔗糖水解反應為一級反應？影響反應速率常數(shù)的因素有哪些？一級反應？影響反應速率常數(shù)的因素有哪些？ 4.測定測定時，蔗糖水解反應液恒溫的溫度不能時，蔗糖水解反應液恒溫的溫度不能超過超過60。為什么？。為什么？重點難點重點：掌握旋光儀的使用方法；蔗糖水解反應用旋光度表示動力學方程推導。難點：旋光儀的構(gòu)造及原理。文獻值：溫度和鹽酸濃度對蔗糖水解速率常數(shù)K的影響HCl/molL-1K103/min-1K103/

15、min-1K103/min-125 (298.15K)30 (308.15K)35 (318.15K)0.05020.41691.7386.2130.25122.2559.35535.860.41374.04317.0060.620.900011.1646.76148.81.21417.45575.97注：蔗糖溶液的濃度均為10% 活化能Ea=108kJ/mol 中國藥典（2005年版）規(guī)定用讀數(shù)至0.01并經(jīng)檢定的旋光計。 常用的旋光儀：WZZ-1型型旋光儀旋光儀WZZ-2型型旋光儀旋光儀圓盤旋光儀圓盤旋光儀三分視場大于大于(或小于或小于)零度視場零度視場 零度視場零度視場 小于小于(或大于

16、或大于)零度視場零度視場讀數(shù)時的視場讀數(shù)時的視場旋光儀示意圖旋光儀示意圖鈉光鈉光燈源燈源樣品管樣品管放置處放置處焦距調(diào)焦距調(diào)節(jié)旋鈕節(jié)旋鈕示數(shù)刻示數(shù)刻度窗度窗調(diào)節(jié)旋光度調(diào)節(jié)旋光度數(shù)值旋鈕數(shù)值旋鈕樣品管：樣品管：三分視場三分視場觀察窗口觀察窗口旋光度的測定步驟（一）（一） 鈉光燈預熱鈉光燈預熱 將旋光儀接通電源（將旋光儀接通電源（220V），待鈉光燈穩(wěn)定后（約），待鈉光燈穩(wěn)定后（約10min），），即可開始測量。即可開始測量。（二）旋光儀零點的校正（二）旋光儀零點的校正1取取1 dm 長的盛液管，裝滿蒸餾水，使液面凸出管，將小圓長的盛液管，裝滿蒸餾水，使液面凸出管，將小圓玻片沿管口邊沿平推蓋好，不

17、能帶入氣泡，然后裝上橡皮圈，玻片沿管口邊沿平推蓋好，不能帶入氣泡，然后裝上橡皮圈，旋緊螺帽至不漏水，螺帽不宜旋得太緊，否則使玻片產(chǎn)生扭力，旋緊螺帽至不漏水，螺帽不宜旋得太緊，否則使玻片產(chǎn)生扭力，影響讀數(shù)。用擦鏡紙將管兩端的玻片及外壁殘液擦干。打開鏡影響讀數(shù)。用擦鏡紙將管兩端的玻片及外壁殘液擦干。打開鏡蓋，將盛液管置于旋光儀鏡筒中，若有氣泡，應將氣泡放在中蓋，將盛液管置于旋光儀鏡筒中，若有氣泡，應將氣泡放在中間球形的上面，蓋好蓋子。間球形的上面，蓋好蓋子。2調(diào)節(jié)目鏡上視度螺旋至視場中三分視場明暗程度清晰為止。調(diào)節(jié)目鏡上視度螺旋至視場中三分視場明暗程度清晰為止。3轉(zhuǎn)動刻度盤手輪，使刻度盤的轉(zhuǎn)動刻度

18、盤手輪，使刻度盤的0 線與固定游標尺線與固定游標尺0 線重合，線重合，從目鏡觀察三分視場消失，出現(xiàn)較暗的從目鏡觀察三分視場消失，出現(xiàn)較暗的零度視場零度視場。如不一致，。如不一致，緩慢轉(zhuǎn)動刻度盤手輪，直到出現(xiàn)較暗的零度視場，記錄刻度盤緩慢轉(zhuǎn)動刻度盤手輪，直到出現(xiàn)較暗的零度視場，記錄刻度盤讀數(shù)，此數(shù)即為零點。讀數(shù)，此數(shù)即為零點。 （三）旋光度的測定（三）旋光度的測定 倒去盛液管中蒸餾水，用少量待測的溶倒去盛液管中蒸餾水，用少量待測的溶液潤洗液潤洗2 3 次，裝滿待測液，置于鏡筒中，次，裝滿待測液，置于鏡筒中，若有氣泡，應將氣泡放在中間球形的上面，若有氣泡，應將氣泡放在中間球形的上面，蓋好蓋子。這時出現(xiàn)三分視場，緩慢轉(zhuǎn)動刻蓋好蓋子。這時出現(xiàn)三分視場，緩慢轉(zhuǎn)動刻度盤手輪，再找出另一個三分視場，再緩慢度盤手輪，再找出另一個三分視場，再緩慢轉(zhuǎn)動刻度盤手輪，使三分視場消失，在兩個轉(zhuǎn)動刻度盤手輪，使三分視場消失，在兩個三分視場中間重新出現(xiàn)三分視場中間重新出現(xiàn)較暗的零度視場較暗的零度視場，記，記錄刻度盤上讀數(shù)。重復操作錄刻度盤上讀數(shù)。重復操作2 3 次，取平均次，取平均值。即為待測溶液的旋光度。值。即為待測溶液的旋光度。 （四）讀數(shù)方法（四）讀數(shù)方法 刻度盤分兩個半圓，分別標出刻度盤分兩個半圓，分