四川理工-物化實驗-蔗糖水解反應(yīng)速度常數(shù)的測定

1、實驗十一 蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定報告人： 同組人： 實驗時間2010年06月21日一實驗?zāi)康模?根據(jù)物質(zhì)的旋光性質(zhì)研究蔗糖水解反應(yīng)，測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期。2了解該反應(yīng)的反應(yīng)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方法。二實驗原理：蔗糖在水中轉(zhuǎn)化成葡萄糖與果糖，其反應(yīng)方程式為： （1）為使水解反應(yīng)加速，反應(yīng)常常以H+為催化劑，故在酸性介質(zhì)中進行。此反應(yīng)的反應(yīng)速率與蔗糖的濃度、水的濃度以及催化劑H+的濃度有關(guān)。在催化劑H+濃度固定的條件下，這個反應(yīng)是一個二級反應(yīng)。但是，此反應(yīng)中水大量存在，反應(yīng)達終點時，雖有部分水分子參加反應(yīng)，但與溶質(zhì)濃度相比可認(rèn)為它

2、的濃度沒有改變，故此反應(yīng)可視為一級反應(yīng)，動力學(xué)方程式為：，積分后得 或 （2）式中c0為反應(yīng)開始時蔗糖的濃度；c為時間t時的蔗糖濃度，k為水解反應(yīng)的速率常數(shù)。從式（2）可以看出，在不同的時間測定反應(yīng)物的濃度，并以對t作圖，可得一直線，由直斜率即可求出反應(yīng)速率常數(shù)k。然而，由于反應(yīng)是不斷進行，要快速分析出某一時刻反應(yīng)物的濃度比較困難。但根據(jù)反應(yīng)物蔗糖及其生成物都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同這一特點，可利用體系在反應(yīng)過程中旋光度的改變來量度反應(yīng)的進程。蔗糖及其水解產(chǎn)物均為旋光物質(zhì)，在反應(yīng)進行過程中，如以一束偏振光通過溶液，則可觀察到偏振面的轉(zhuǎn)移，如圖（1）所示。由于蔗糖是右旋的，水解混合物是

3、左旋的，所以偏振面將由右邊旋向左邊。偏振面的轉(zhuǎn)移角度稱為旋光度，以表示。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的種類、濃度、液層厚度、光源波長及反應(yīng)時的溫度等因素有關(guān)。當(dāng)其它條件均固定時，旋光度與反應(yīng)物濃度c呈線性關(guān)系，即：=c （3）式中是與物質(zhì)的旋光能力、溶液厚度、溶劑性質(zhì)、光源的波長、反應(yīng)時的溫度等有關(guān)系的常數(shù)。物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來表示。蔗糖是右旋性物質(zhì)，葡萄糖也是右旋性質(zhì)，果糖是左旋性物質(zhì)，它們的比旋光度為：a蔗糖=+66.65° ，a蔗糖 =+52.5° ，a果糖 =-91.9°正值表示右旋，負(fù)值表示左旋。可見當(dāng)水解反應(yīng)進行時，右旋角不斷減小，當(dāng)反應(yīng)終了

4、時體系將經(jīng)過零變成左旋。旋光度與濃度成正比，且溶液的旋光度為各組成旋光度之和(加和性)。若以0、t、。分別為反應(yīng)時間0、t、時溶液的旋光度，則可導(dǎo)出：c0(0) ，ct(t) （4）將式(4)代入式(2)可得： =k1t或In(t)=kt + ln(0) (5)上式中In(t)對t作圖，從所得直線的斜率即可求得反應(yīng)速度常數(shù)k。 一級反應(yīng)的半衰期則用下式求取：t1/2= （6）三儀器和試劑：旋光計(帶旋光管)，超級恒溫水浴，普通水浴鍋，錐形瓶(100mL) ，移液管(25mL)，秒表。2mol·L-1 HCl溶液；蔗糖(A.R.)。四實驗步驟：1實驗準(zhǔn)備（1）用臺秤粗稱蔗糖10g，放入

5、錐形瓶中，準(zhǔn)確移入50mL蒸餾水，攪拌將蔗糖溶解，備用。（2）將恒溫水浴調(diào)節(jié)到27恒溫（夏天適當(dāng)調(diào)高，并可將反應(yīng)溶液按50mL蔗糖溶液加25mLHCl溶液配制），然后將旋光管口外套接上恒溫水。2旋光儀零點調(diào)節(jié)在旋光管中注入純水，放入旋光儀暗箱中，開啟旋光儀電源預(yù)熱10分鐘，待鈉光燈穩(wěn)定后，開啟測量開關(guān)，光屏應(yīng)顯示值為00.000,若示值不為00.000，可按清零鍵使其歸零。3蔗糖水解過程中t的測定用移液管取25m L蔗糖溶液, 100mL干燥的，再取50m L 2mol·L -1的 HCl溶液加到蔗糖溶液的錐形瓶中混合，并在HCl溶液加入一半時開動秒表作為反應(yīng)的開始時間（注意：秒表一

6、經(jīng)啟動，勿停直至實驗完畢），不斷振蕩搖動，迅速取少量混合液清洗旋光管二次，然后以此混合液注滿旋光管，蓋好玻璃片，旋緊套蓋(檢查是否漏液，有氣泡)，擦凈旋光管兩端玻璃片，立刻置于旋光儀中，蓋上箱蓋，儀器數(shù)顯窗將顯示出該樣品的旋光度。反應(yīng)開始第2min時讀取第一個數(shù)據(jù)，第5min時讀取第二個數(shù)據(jù)，之后每5min讀取一次，一直測量到旋光度為負(fù)值為止或一直做到反應(yīng)90min為止。 4的測定將步驟3中剩余的混合液置于6070水浴內(nèi)恒溫60min以上，使其加速反應(yīng)至完全，然后取出，冷卻至水浴溫度溫，測其旋光度，此值即可認(rèn)為是。五數(shù)據(jù)處理：反應(yīng)溫度： 蔗糖濃度：2 mol·l-1 鹽酸濃度： 2

7、mol·l-1 1. 完成下表，用In(t)對t作圖，由直線斜率求出反應(yīng)速率常數(shù)k（直線斜率的相數(shù)即為速率常數(shù)k）。tmin025101520253035t7.7706.3604.6302.3050.500-0.910-1.935-2.840-3.440-4.585t12.35510.9459.2156.895.0853.6752.651.7451.145In(t)2.5142.3932.2211.9301.6261.3020.9750.5570.135由圖知：直線斜率為-0.0665，得k=0.06652  計算反應(yīng)的半衰期t1/2。因k=0.0665，由公式得，半衰期=10.42min六思考題：1蔗糖溶液為什么可粗略配制？答：蔗糖水解為一級反應(yīng)，反應(yīng)物起始濃度不影響反應(yīng)速度常數(shù)，又因為蔗糖濃度大用量較多，量值的有效數(shù)字位數(shù)較多，故不需要精確稱量，只要用上皿天平稱量就可以了。 2蔗糖的轉(zhuǎn)化速度和哪些因素有關(guān)？答