实验七--旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

《实验七--旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验七--旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 实验三 旋光法测定蔗糖转化反映的速率常数一、实验目的1.理解蔗糖转化反映体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。 2.测定蔗糖转化反映的速率常数和半衰期。 3理解旋光仪的基本原理,掌握其使用措施。二、 基本原理蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，其反映为: C1H22O1HO C6H12O6+C6H1O6（蔗糖) （葡萄糖) (果糖）它是一种二级反映,在纯水中此反映的速率很慢,一般需要在H+离子催化作用下进行。由于反映时水是大量存在的，尽管有部分水分子参与了反映,仍可近似地觉得整个反映中水的浓度是恒定的;并且+是催化剂,其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反映可看作是准一级反映。 一级反映的速率方程可由下式

2、表达: = (1）CA为时间时反映物的浓度,为反映速率常数。 积分可得： ()式中， CA,0为反映物的初始浓度。 当CA=1/2C,0时,t可用t12表达，即为反映的半衰期。由(2)式可得: (）从上式可以看出，在不同步间测定反映物的相应浓度,并以对作图，可得一条直线,由直线的斜率可求得反映速率常数，由于反映是不断进行的,要迅速分析出反映物的浓度是很困难的。但蔗糖及其转化产物都具有旋光性,并且它们的旋光能力不同,故可运用体系在反映进程中旋光度的变化来度量反映的进程。 溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管的长度及温度均有关系。当其他条件均固定期，旋光度与反映物

3、浓度呈线性关系,即 c () 式中比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度等有关。作为反映物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度 =6.;生成物中葡萄糖也是右旋光性物质，其比旋光度 =5.5，但果糖是左旋性物质,其比旋光度 =-91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，因此生成物呈左旋性质。因此随着反映的进行，体系的右旋角不断减小，反映至某一瞬间，体系的旋光度可正好等于零,而后就变成左旋，直至完全转化，这时左旋角达到最大值。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各构成的旋光度之和。若反映时间为0，t，时溶液的旋光度分别用0，t,旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各构成的旋光度

4、之和。若反映时间为0，t，时溶液的旋光度分别用0,表达。 t蔗c+(葡+果）（c- c） （5)=(葡+果)c0 (6）由以上三式可得c0 =（0-)蔗(葡果）-1 （7）c=（-）蔗-(葡+果）-1 ()将式(7)、（)代入式(2）并整顿得经联立方程可推导出: ) 显然,以对作图可得始终线，直线斜率即为-。三、 仪器、试剂WZZ型自动旋光仪 移液管(2ml)恒温水浴蔗糖(分析纯)容量瓶（5l)HC(40N)锥形瓶(10ml）烧杯（0l）四、 实验环节1 自动旋光仪的使用a) 将仪器电源插头插入22V交流电源，打开仪器右侧的电源开关，这时钠光灯应启辉，需经5分钟钠光灯才发光稳定。b) 将仪器右

5、侧的光源开关向上扳到支流位置，直流灯点亮后按“回车”键这时液晶显示屏即有DE L C n选项显示(ODE为模式,为浓度,L为旋光管长度dm,n为测试次数;默认值:DE:1；L:2;C：0；n:)。c) MODE1即为旋光度测试,因此在测试中无需变化参数的设立。MOE：比旋度;MODE3：浓度；E4:糖度； 旋光仪的零点校正蒸馏水为非旋光性物质,可以用来校正旋光仪的零点。校正时,先洗净样品管,再向管内灌满蒸馏水,在上面形成一凸面，然后盖上玻璃片和套盖，此时管内不应有气泡存在;如果旋光管中有气泡，应先让气泡浮在凸颈处;通光面两端的雾状水滴,应用滤纸擦干；旋光管螺帽不适宜旋的过紧，以免产生应力，影响

6、读数;旋光管安放时应注意标记的位置和方向。将旋光管放放入旋光仪的光路中，盖上箱盖，此时旋光仪自动开始测量,待读数稳定后,按“清零”键,液晶屏上会显示0读数。3. 反映过程的旋光度的测定称取0g蔗糖，在锥形瓶内加入50ml蒸馏水溶解，溶解完全后，用移液管吸取2ml蔗糖溶液注入预先清洁干燥的锥形瓶中;用另一支移液管吸取ml4.的HC溶液加入2m的蔗糖溶液中，同步记下反映开始的时间，迅速混合均匀后，用少量反映液润洗旋光管两次，然后将反映液装满旋光管，旋上套盖,放入自动旋光仪中,盖好箱盖。仪器将自动显示该样品的旋光度。第一种数据在3分钟时测量，前15分钟内每分钟测量一次,后来由于反映物的浓度减少，使反

7、映速率变慢,可以每次间隔5分钟测量一次，始终测量到旋光度为负值为止。4.的测量：一般有两种措施测定，一是将剩余的25ml蔗糖溶液中加入25l 4.00mol/的HCl溶液,放入60恒温水浴中温热0分钟以上,使水解完全。然后取出，冷至室温下测量旋光度,在10分钟内读取5个数据,取其平均值，即为。一是将反映放置48小时以上,让其反映完全后测；一种措施容易产生副反映，使溶液颜色变黄。而后一种措施时间太长。在上述操作过程中，由于加热,常导致反映体系中算河水的挥发，影响反映物质的浓度和反映进程,并且蔗糖在此实验条件下与否完全转化为产物，也不容易拟定。因此可以采用ggeheim法解决数据(见问题讨论部分)

8、,这样可以不必测。本实验采用第一种措施。 实验完毕,洗净量筒和锥形瓶，放入烘箱中干燥。洗净样品管,注入蒸馏水，放入旋光仪。五、数据记录和解决1、t= ， t/mn /()ln(） t /mn/（)ln(） 4 55 20 57 38 359 4010 4511 512 551 602、以ln（)对t作图，从所得直线斜率求。3、计算蔗糖转化反映的半衰期1/2。六、注意事项 .装样品时,旋光管管盖旋至不漏液体即可,不要用力过猛,以免压碎玻璃片。 .在测定期，通过加热使反映速度加快转化完全。但加热温度不要超过60。3.由于酸对仪器有腐蚀,操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管

9、洗净。 4旋光仪中的钠光灯不适宜长时间启动，测量间隔较长时应熄灭,以免损坏。七、问题讨论1. 实验核心点温度对实验数据的影响大,要注意整个实验时间内的恒温。若无样品管恒温夹套,则旋管光管离开恒温水浴适应短。根据实验数据,当H+1olL-1、蔗糖溶液的浓度为10%时， 则 (33.7K)=3.3510-in1 k(313.K)=7.910in1 由以上数据求得：在30373132K温度范畴内，平均活化能E7Jol-1。由此可见，本实验的实验温度范畴最佳控制在2303K内。温度过高，反映速度太快，读数将发生困难。HCI溶液的浓度也要配制精确,由于H+对反映速度常数有影响，影响状况见表1。若酸浓度不

10、准,尽管数据的线性关系较好，但值偏离文献数据。 表1 温度和盐酸浓度对蔗糖水解速率的影响2(蔗糖溶液浓度均为0) 00 0.4169 178 6.213 02512 2.55 9.5 356 0.47.043 1700 60. 0.911.1 46.6 148.8 1.2117.455 757 - 有研究报道，在30的实验条件下,HCI浓度在13moL-1范畴时，蔗糖水解速率常数k与H+的关系为：。实验在30，蔗糖反映液配制:蔗糖(0g)水（0mL)+CI(25 m,4mol/L），已知反映液中H+=.3 ml/L,将代入上述计算，得速率常数值=0039 min1。应用本文提出的措施得到的10

11、.039 mn-1和k0.03897 min-1,比常规措施得到的k1=0.004min1和k20.609mn-更接近于文献值3。2 实验中,为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点？在蔗糖转化反映过程中，所测的旋光度与否需要零点校正?为什么? 解:一般蒸馏水的旋光度很小或接近零,因此用蒸馏水可以校正仪器。另一方面由于水也有一定的旋光度对于溶液的旋光度有一定的影响,即导致旋光度的偏高,成果反映速率常数也受到影响,因此进行校正。 为什么配制蔗糖溶液可用粗天平称量?解:对于这个假定分子（二级)反映，由于存在大量水,虽有部分水分子参与反映，但在反映过程中水的浓度变化极小,因此只要蔗糖浓度不太浓,水的浓度变化

12、问题对反映速速率影响不大。 尽管蔗糖的转化速率与蔗糖浓度、酸浓度、温度及催化剂种类有关,但反映速率常数与其中的蔗糖浓度无关,这是可以从公式看出的。 蔗糖的转化速度和哪些因素有关？解:盐酸的密度稍不小于蔗糖，将盐酸加蔗糖溶液时溶液可以容易混合,否则混合不均匀就影响反映的均匀进行。5.对旋光度不变的某样品，若用长度为0cm,20m旋光管测其旋光度,测量值分别为，则（A）=2 ()2= （C）= （ D）解:6.测定蔗糖转化反映的速率常数可用下列哪一种措施:(A)量气体体积 （)旋光法 (C)电导法 ( )分光光度法解:（)7.在测定蔗糖溶液旋光度时，使用的光源是:（A)钠光灯 （B)白轵灯 (C）

13、水银灯 （ D)红外灯解：(). 为什么蔗糖转化反映可看作是准一级反映? 解：蔗糖水解反映动力学早在150年即为Whely所建立,它是化学动力学中最早通过定量研究的一种反映。不管在实验原理上还是在实验测定措施上都具有代表性，因而几乎被国内所有的物理化学实验教材所选用。 精确的实验成果表白,蔗糖水解的反映速率为:式中c为蔗糖的浓度，即反映事实上为8级反映。在本实验条件下,10克蔗糖溶于50l水中,其浓度为： 而水的浓度为: ,即 c。而在反映过程中保持不变，在这种状况下，反映速率可表达为 ，其中 。 因此,HO的高浓度和 不变是蔗糖水解体现为一级反映的条件，这种一级反映为“准一级反映”(或称“假

14、一级”反映）。. 如果没有数据(或者反映未趋完全），与否也能求得反映速率常数？解：可以。把在和t +（代表一定的时间间隔)测得分别用和表达，则有（） (4） =（) （5）(4)式-(5)式=(）(1）取对数）= (6) 从()式可看出,只要保持不变，右端第一项为常数,从 )对作图所得直线的斜率即可求得。可选为半衰期的3倍，或反映接进完毕的时间之半。本实验可取=3m，每隔5in取一次读数。1、 取3min,每隔分钟取一次数据，列出登记表格。 t/min/()(+）/mn/()-n（）5 5 10 40 1 20 0 25 55 6 10. 数据解决示例4表1列出的是一组蔗糖水解反映实验的数据。表l 旋光度与反映时间的实验数据 (实验温度为室温 20,=-241 )t/min347910111213t/m1402503545506t启动Origin7.0后,在弹出的工作表workshet中输入表l的时间t及相应时间下的旋光度t,分别为A和B列，在其右侧添加(dd olumn)两列数据，分别为C和D列，其值相应的设立 （set column vae)为 和。