旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数论文

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1、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数（肇庆学院化学化工学院化学专业10化学班）【摘要】蔗糖的水解反应速率常常受实验温度、酸催化剂的浓度等因素的影响，本文分别测定35℃1.5mol/L盐酸、35℃3mol/L盐酸、45℃3mol/L盐酸条件下，蔗糖的转化反应速率常数k及半衰期t1/2，探讨了转化反应速率常数k与实验温度、酸度之间的定性关系。按阿累尼乌斯公式lnk2/k1=Ea(T2-T1)/(RT1T2)求出反应的活化能Ea。【关键词】速率常数；旋光法；蔗糖；水解反应【前言】蔗糖水解反应速率常数的测定是

2、一个典型的动力学实验，对深入理解动力学方程起着非常重要的作用，而蔗糖水解的反应速率受实验温度、酸催化剂的用量[1]赵云强.蔗糖转化速率常数与酸度和温度的关系[J].贵州师范大学学报,2000,4(18):84-86.1]等因素的影响较大。蔗糖转化反应为：C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖为使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。由于反应中水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可近似地认为整个反应中水的浓度是恒定的。而H＋是催化剂，其浓

3、度也保持不变。因此，蔗糖转化反应可视为一级反应。其动力学方程为(1)式中，k为反应速率常数；C为时间t时的反应物浓度。将(1)式积分得：(2)式中，C0为反应物的初始浓度。当C=1/2C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得：                         (3)蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关

4、。为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示：[α](4)式中，t为实验温度(℃)；D为光源波长；α为旋光度；l为液层厚度(m)；C为浓度(kg·m-3)。由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度α与浓度C成正比。即：α＝KC(5)式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α]＝66.6°。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[α]＝52.5°；而产物中的果糖则是左旋性物质，

5、其比旋光度[α]＝－91.9°。因此，随着水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为0，t，∞时溶液的旋光度分别用α0，αt，α∞表示。则：α0＝K反C0(表示蔗糖未转化)(6)α∞＝K生C0(表示蔗糖已完全转化)(7)式(6)、式(7)中的K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。αt＝K反C＋K生（C0－C）(8)由式(6)、式(7)、式(8)三式联立可以解得：(9)(10)将式(9)、式(10)代入式(2)即

6、得：(11)由(11)式可见，以ln(αt－α∞)对t作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反应速率常数k。进而可求得半衰期t1/2。根据阿累尼乌斯公式，可求出蔗糖转化反应的活化能Ea。1．【实验部分】1.1仪器与试剂旋光仪1台；旋光管1只；恒温槽1台；台称1台；停表1块；烧杯(100mL，1只)；移液管(25mL，2支)；带塞三角瓶(100mL，2只)。HCl(3mol·dm-3)；蔗糖(A.R.)。1.2实验步骤1.将恒温槽调节到(25.0±0.1)℃恒温，然后在旋光管中接上恒温水。2.旋光仪零

7、点的校正洗净旋光管，将管子一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，把玻璃片盖好，使管内无气泡（或小气泡）存在。再旋紧套盖，勿使漏水。用吸水纸擦净旋光管，再用擦镜纸将管两端的玻璃片擦净，放入旋光仪中盖上槽盖开启旋光仪，校正旋光仪零点。3.蔗糖水解过程中αt的测定用台称称取20g蔗糖，放入150mL烧杯中，加入100mL蒸馏水配成溶液(若溶液混浊则需过滤)。用移液管取25mL蔗糖溶液置于50mL带塞三角瓶中。移取25mL4mol·dm-3HCl溶液于另一50mL带塞三角瓶中。一起放入恒温槽内，恒温10min

8、。取出两只三角瓶，将HCl迅速倒入蔗糖中，来回倒三次，使之充分混合。并且在加入HCl时开始记时，将混合液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同)。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。测量不同时间t时溶液的旋光度αt。测定时要迅速准确，当将三分视野暗度调节相同后，先记下时间，再读取旋光度。每隔一定时间，读取一次旋光度，反应开始后2～3分钟内测第一个数据（约5°左右）。开始时，可每1min读一次，20min后，每3～5min读一次。测定1h。4.α∞的测定将步骤3剩余的混合液置于近60℃的水浴