实验十三一级反应－旋光法测定蔗糖转化的速率常数

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1、实验十三旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1目的要求(1)测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。(2)了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的使用方法。2基本原理(1)蔗糖转化的反应式为(蔗糖)(葡萄糖)(果糖)在纯水中此反应的速度极慢，通常需要H+催化作用下进行，该反应为二级反应。但是由于水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可认为在反应过程中水的浓度是恒定的，而H+起催化作用，其浓度也保持不变。因此，蔗糖转化反应可看作是一级反应。一级反应的速率方程表达式如下：（2.13.1)积分可得：(2.13.2)式中：c——反应时间为t时的反应物浓度；c0——反应物起始浓

2、度；t——反应时间；k——反应速率常数。当c=1/2c0时，时间t可用t1/2表示，即反应的半衰期(2.13.3)由式(2.13.2)可以看出，lnc对t作图，为一直线，直线的斜率为反应速率常数k。(若要直接测量不同时刻的反应物浓度，非常困难，但蔗糖及其转化产物都有旋光性，而且旋光能力不同，故可以利用系统在反应过程中旋光度的变化来度量反应的进程。(2)测量旋光性所用的仪器称为旋光仪。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、溶液的浓度、样品管长度、光源及温度等均有关系。当其它条件固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系。即(2.13.4)式中K为比例系数，与

3、旋光物质的本性有关。蔗糖是右旋物质，而反应产物混合物中，葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但其旋光能力较葡萄糖大，所以从总体上反应产物呈左旋性质。随着反应的进行，系统的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，系统的旋光度恰好等于零，而后就变成左旋，直到蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。则(蔗糖尚未分解t=0)(2.13.5)最后的溶液旋光度为α∞则(蔗糖全部转化t=∞)(2.13.6)式中K反、K产分别表示反应物与产物之比例系数，c0为反应物的起始浓度，亦是生成物最后的浓度。当时间为t时，蔗糖的浓度为ct，旋光度为αt。则(2.13.7)由式(2.13.5)和式(2.13.6

4、)得(2.13.8)(2.13.9)可见，能以反应开始时与终了时旋光度之差代表蔗糖的(2.17.2)得(2.13.10)若以ln(αt-α∞)对t作图为一直线，从直线斜率可求出反应速率常数k。对于一级反应，因速率常数与反应物起始浓度无关，反应速率常数的测定可以从任一时刻开始。3仪器试剂自动旋光仪WZZ型1台蔗糖(分析纯)水浴锅1个HCl溶液(4mol·L-1)普通温度计1支蒸馏水100ml烧杯2个50ml量筒2个4实验步骤(1)了解和熟悉WZZ型旋光仪的使用方法(见仪器说明书)。(2)反应速率常数的测定配制浓度约为20%(质量百分数)的蔗糖溶液25ml，

5、如有混浊应过滤。然后将25ml蔗糖溶液与2.5ml浓度为4mol·L-1的HCl溶液混合，并迅速以此混合液荡洗盛液管2次，然后装满盛液管。揩去管外的溶液，将盛液管安置在旋光仪的暗室中，开始测定旋光度。以开始时刻为t0,每隔2min读数1次，20min后每隔3min读数1次，再读7个数据即可。然后关闭电源。测α∞：将盛液管取出，将反应液倒在烧杯里，连同原液一起在烧杯中用水浴加热，约30min。水浴温度不要超过50℃，冷至室温测得旋光度α∞。5数据处理（1）数据记录：时间旋光度ααt-α∞Ln(αt-α∞)室温024……202326……(2)ln(αt-α∞)对t作图，画

6、出有代表性的直线。(3)求出反应速率常数和半衰期。6注意事项（1）反应液酸度很大，一定要擦净后再放入旋光仪暗箱内，以免腐蚀仪器。实验结束后，将盛液管洗净。(2)每隔20min记1次室温，取平均值，作为测量温度，并在不读数时，打开暗箱散热，读数前0.5min盖上。7思考题(1)本实验是否需要校正仪器零点?为什么?(2)在混和蔗糖和HCl溶液时，总是把HCl溶液加到蔗糖溶液中，而不把蔗糖溶液加入HCl溶液中，为什么?(3)如果所用蔗糖不纯，对实验有什么影响?