实验三 旋光法测定蔗糖水解速率常数1

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1、实验三旋光法测定蔗糖水解速率常数一、实验目的1.了解旋光仪器的简单结构原理和测定旋光物质的旋光度的原理，正确掌握旋光仪的使用方法。2.利用旋光仪测定水解作用的速率常数。二、实验原理根据实验确定反应A+B→C的速率公式为：（3.1）式中：a、b为表示A、B的起始浓度；x为时间t时，生成物的浓度；k’为反应速率常数。这是一个二级反应。但若起始时两物质的浓度相差很远，b＞＞a，反应过程中B的浓度减少很小，可视为常数，上式可写成：（3.2）此式为一级反应，把上式移项积分得：（3.3）当x=a时，时间t用t1/2表示，即为半衰期：（3.4）或得：（3.5）蔗糖水解反应就是属于此反应。C12H22O1

2、1+H2OC6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖其反应速率和蔗糖、水以及作为催化剂的氢离子浓度有关。水在这里作为溶剂，其量远大于蔗糖，可看作常数（对100g20%的蔗糖溶液而言，含蔗糖为200/342=0.58mol/L，含H2O为800/18=44.44mol/L，由上式反应知道，当0.58mol/L的蔗糖全部水解后，水的含量仍有43.86mol/L，所以相对而言水的量可看作不变）。所以此反应可看作一级反应。当温度及氢离子浓度为定值时，反应速率常数为定值。蔗糖及其水解物都具有旋光性，且它们的旋光能力不同，所以可用体系反应过程中旋光度的变化来度量反应的进程。在实验中，把一定浓度的蔗糖

3、溶液与一定的盐酸溶液等体积混合，用旋光仪测定旋光度随时间的变化关系，然后推算蔗糖的水解程度。因为蔗糖具有右旋光性，比旋光度为5=66.6o，而水解产生的葡萄糖为右旋性物质，其比旋光度为=52.5o；果糖为左旋光性物质，其比旋光度为=-91.9o，由于果糖的左旋性比较大，故反应进行时，右旋数值逐渐减小，最后变成左旋，因此蔗糖水解作用又称为转化作用。用旋光仪器测得旋光度的大小与溶液中被测物质的旋光性、溶剂性质与光源波长、光源经过的的厚度、测定时温度等因素有关。当这些条件固定时，旋光度α与被测溶液的浓度a呈直线关系，所以α0=A反a（t=0蔗糖未转化时的旋光度）（3.6）α∞=A生a（t=∞蔗糖

4、全部转化时的旋光度）（3.7）αt=A反(a-x)+A生x{t=t蔗糖浓度为(a-x)时的旋光度}（3.8）式中，A反、A生为反应物与生成物的比例常数，a为反应物起始浓度也是水解结束生成物的浓度，x为t时生成物的浓度。由（3.6），（3.7），（3.8）式得：（3.9）将式（3.9）代入（3.3），则得：（3.10）将式（3.10）整理得：(3.11)以ln(αt-α∞)对t作图，由直线斜率求出速率常数k。如果测出不同温度时的k值，利用Arrhenius公式求出反应在该温度范围内的平均活化能。三、仪器与药品旋光仪及其附件1套，叉形反应管2只，恒温槽及其附件1套，停表1只，容量瓶（100mL

5、）1只、（25mL）3只。移液管（25mL，胖肚）1根，移液管（25mL，刻度）1根，烧杯（50mL）1只，洗瓶1只，洗耳球1个。蔗糖（分析纯），盐酸1.8mol.L-1。四、实验步骤1.仪器装置请仔细了解旋光仪的构造和原理，掌握使用方法。2.旋光仪的零点校正蒸馏水为非旋光物质，可以用来校正旋光仪的零点（即a5=0时仪器对应的刻度）。校正时，先洗净样品管，将管的一端加上盖子，并由另一端向管内灌满蒸馏水，在上面形成一凸面，然后盖上玻璃片和套盖，玻璃片紧贴于旋光管，此时管内不应有气泡存在。必须注意套盖时，一只手握住管上的金属鼓轮，另一只手旋套盖，不能用力太猛，以免压碎玻璃片。然后用吸滤纸将管外

6、的水擦干，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦净，放入旋光仪的光路中。打开光源，调节目镜聚焦，使视野清晰，再旋转检偏镜至能观察到三分视野暗度相等为止。记下检偏镜的旋光度α，再重复测量数次，取其平均值。此平均值即为零点，用来校正仪器系统误差。3.反应过程的旋光度测定洗净、烘干4支具塞大试管备用。将恒温槽调节到所需的反应温度（如25℃、30℃或35℃）。在锥形瓶内，称取20g蔗糖，加入80mL蒸馏水，使蔗糖完全溶解，若溶液混浊，则需过滤。用移液管吸取20%蔗糖溶液25mL，放入预先已清洁干燥的50mL试管内并加盖。用另一支移液管吸取25mL1.8mol.L-1HCl溶液，放入另一支50mL试管内并

7、加盖。将两支试管一起置于恒温槽恒温大约10min。然后将两试管取出，擦干试管外壁的水珠，将HCl溶液倒入蔗糖溶液中，同时记下时间，来回倒三、四次，使之均匀后，立即用少量反应液荡洗旋光管2~3次后，装满旋光管，旋上套盖，不得留有气泡，放进恒温槽中恒温（注意：荡洗和装样只能用去一半左右的反应液）。要求在反应开始15min时测定第一个数据（约在5o左右）（因为旋光度随时间而改变，温度在观察过程中亦在变化，所以测定时要力求动作迅