实训四 表面活性剂对蔗糖水解反应速率的影响

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1、08应化综合实训讲义实训四　表面活性剂对蔗糖水解反应速率的影响预习题：1．反应速率常数k1与哪些因素有关？蔗糖稀溶液水解反应是几级反应？其k1的单位是什么？2．通常情况下旋光度与哪些因素有关？为什么本实验中旋光度α只与蔗糖的浓度有关？3．本实验中为求k1值需测定哪些数据？4．如何测定蔗糖水解溶液的α∞？5．蔗糖稀溶液初浓度的大小与反应速率常数k1有无关系？为什么在测定中蔗糖水解溶液必须始终加盖以防蒸发？6．蔗糖溶液与HCl溶液恒温后应如何混合？HCl溶液起什么作用？该反应的k1值与HCl溶液浓度有无关系？如何记录反应开始时间？一．实验目的1．熟练掌握水浴恒温槽的使用方法；2．熟练掌握

2、旋光仪的原理及使用方法；3．测定蔗糖在表面活性剂溶液中酸催化水解反应的速率常数，并计算反应的活化能，了解表面活性剂对蔗糖水解反应速率的催化作用；4．掌握记录和处理实验数据的基本方法。二．实验原理表面活性剂型胶束对化学反应速率的影响一直是物理化学领域感兴趣的课题。研究表明，表面活性剂胶束可以催化化学反应，改变反应活化能，提高（也可能降低）化学反应速率。本实验应用旋光法研究阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）对蔗糖酸催化下水解反应的影响。表面活性剂水溶液浓度达到临界胶束浓度（CMC）后，会形成胶束，SDS为离子型，所以胶束带有电荷，它能与反应的初始态和活化过渡态作用从而改变反应的活

3、化能，当离子型表面活性剂胶束与反应的过渡态作用时，可使过渡态的电荷分散，导致过渡态能量降低，从而使反应速率常数增大。１．反应速率常数的测定蔗糖水解反应为：该反应的速率与蔗糖、水及H+的浓度有关。由于反应过程中水是大量的，其浓度可以看作不变，因此在一定的温度、酸度下，反应速率只与蔗糖浓度的一次方成正比，可视为准一级反应。反应速率公式为：①其中c为t时刻蔗糖的浓度；k为反应的速率系数，即反应物（此处即指蔗糖）浓度为1mol·kg-1时反应的速率，与反应物浓度无关，但与温度、催化剂浓度、介质等因素有关，对一级反应，k的单位为[时间]-1，即s-1、min-1、h-1等。对①式进行移项、积分

4、可得：-4-08应化综合实训讲义②c0为t=0时蔗糖的浓度。蔗糖及其水解产物均为旋光物质，即都能使透过它们的偏振光的偏振面旋转一定的角度，此角度称为旋光度，以α表示。本反应中反应物及产物的旋光能力不同，故可用系统反应过程中旋光度的变化来监测反应的进程。溶液的旋光度与浓度的关系：③其中为20℃下采用钠光（D）测量时的比旋光度，对指定的物质为定值，当光路的长度l一定时，溶液的旋光度α与旋光物质的浓度c成正比，即。蔗糖是右旋性物质，，葡萄糖也是右旋性物质，=52.5°，果糖是左旋性物质，=-91.90°。由于旋光度与浓度成正比，且具有加和性，所以反应开始时，系统旋光度为正值，随着反应的进行

5、，系统的旋光度不断变小，最终变为负值。设蔗糖的初浓度为c0、t时刻浓度为c，反应系统起始旋光度为α0、t时刻旋光度为αt，反应终了时旋光度为，则：，④，⑤⑥联立上三式可解得，代入，可得：⑦测定不同时刻t下反应体系的旋光度αt及反应终了时体系的旋光度α∞，以对t作图可得一直线，直线斜率的相反数即为反应速率常数k。2．反应活化能Ea的计算催化剂、介质等因素确定时，化学反应的速率系数k与温度T满足阿仑尼乌斯经验方程：⑧或⑨其中Ea是反应的活化能，单位J·mol-1，近似等于反应物分子形成活化过渡态所需克服的能垒，一般Ea越大，反应越难进行。A称为指前因子，与k单位相同。一般可近似认为Ea与

6、A与温度无关。根据⑨式，可测定一系列温度T下反应的速率系数k，以lnk对1/T作图可得一条直线，直线的斜率为-Ea/R，据此可求得反应的活化能。若测定温度不够多，或lnk对1/T直线关系不好，也可用下式：⑩以k和T的对应数据，两两代入，求得的活化能再取平均值，也可得到反应的活化能。-4-08应化综合实训讲义三．仪器与试剂旋光仪恒温槽停表电子天平电吹风纱布1块玻璃棒洗耳球滤纸称量纸锥形瓶（150mL带塞）3只移液管（25mL）2支HCl（2mol·L-1）蔗糖水溶液（约200g/1000mL水）十二烷基硫酸钠（SDS）（分析纯）淋洗乙醇淋洗乙醚四．实验步骤测量体系如表1所示：表1实验体

7、系条件及编号。SDS浓度/温度30℃（①）SDS浓度0（A）A①0.5CMC（B）A①1.5CMC（D）A①共需做3组实验。SDS的临界胶束浓度（CMC）为8.63×10-3mol·L-1，结合试剂瓶上SDS的分子量，计算50mL溶液中各体系所需加入SDS的质量，精确至小数点后4位。表2SDS浓度与质量对照。SDS浓度0.5CMC（B）1.5CMC（D）需SDS质量称量质量1．30℃下无表面活性剂时（A①）蔗糖水解反应速率常数的测定（1）调节恒温槽温度为3