物化实验报告8-蔗糖水解反应速度常数的测定

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1、一、实验目的1.根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应速度常数。2.了解旋光仪的基本原理、掌握使用方法。二、基本原理3.蔗糖的转化为一级反应蔗糖在H+催化作用下水解或葡萄糖和果糖，反应方程式为：CHO+HOCHO+CHO蔗糖葡萄糖果糖由于在较稀的蔗糖溶液中，水是大量的，反应过程中水的浓度可以认为不变，因此在一定酸度下，反应速度只与蔗糖的浓度有关，而反应速度与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应，故蔗糖的转化反应视为一级反应。(1)反应速度公式和半衰期—反应速度常数，为单位浓度是的反应速度,—反应速度。也可以写为反应时间，为时间时蔗糖的浓度。不定积分：，B积分

2、常数，当时，蔗糖的起始浓度，代入上式可得定积分式当反应进行一半所用的时间称为半衰期，用t1/2表示，则解得（2）一级反应有三个特点：①k的数值与浓度无关，量纲：时间-1，常用单位，等。5②半衰期与反应物起始浓度无关。③以对作图应得一直线，斜率为，截距为。由此可用作图法求得直线斜率，计算反应速度常数斜率。2.反应物质的旋光性蔗糖及其水解产物葡萄糖，果糖都含有不对称碳原子，它们都具有旋光性，即都能使透过他们的偏振光的振动面旋转一定的角度，此角度称为旋光度，以表示。蔗糖，葡萄糖能使偏振光的振动面按顺时针方向旋转，为右旋物质，旋光度为正值。果糖为左旋物质，旋光度为负值，数值较大，

3、整个水解混合物是左旋的。所以可以通过观察系统化反应过程中旋光度的变化来量度反应的进程。量度旋光度的仪器称旋光仪，旋光仪的原理方法将专门讲解。2.1旋光度与比旋光度溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源的波长以及反应时的温度因素有关。为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度这一概念，并以下式表示：（1）式中：为实验时的温度；为所用光源的波长；为旋光度；为液层厚度（常以10cm为单位）；为浓度（常用100溶液中溶有克物质来表示），式（1）可写成：（2）或（3）由（3）式可以看出，当其他条件不变时，旋光度与反应物成正比，即式中：是与物质的旋光能力、溶液层厚

4、度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关系的常数。蔗糖是右旋性物质（比旋光度66.6°），产物中葡萄糖也是右旋性物质（比旋光度52.5°），果糖是左旋性物质（比旋光度-91.9°）。因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时体系将经过零变成左旋。2.2旋光度变化与浓度变化的对应关系蔗糖水解反应中，反应物与生成物都有旋光性，旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各旋光度的和（加和性）。若反应时间为0，t,∞时溶液旋光度各为，，。可推导出：，为开始时蔗糖的右旋角；为反应进行到时的混合物的旋角；5为水解完毕时的左旋角。可用（）代表蔗糖的总量，（）代表时的蔗糖量。简单的

5、推导证明方法可以如图示看出正比，正比3.反应速度常数k的求法以ln(at-a¥)对t作图,由图所得直线斜率求k值，进而求半衰期t1/2。三、仪器和试剂仪器：旋光仪，停表，恒温水浴一套，移液管（50ml），磨口锥形瓶（100ml，烧杯（100ml），台秤，洗耳球。药品：蔗糖（AR），盐酸（3mol•dm-3）。四、实验步骤1、将恒温槽调节到25°C恒温，称取10克蔗糖溶于水中，用50ml容量瓶配成溶液。用移液管移取25ml蔗糖溶液溶于锥形瓶中，然后放入恒温水浴中10分钟。另同样取25ml盐酸溶液放入恒温槽中。2、校正旋光度仪零点。打开旋光度仪器预热几分钟，旋光管内注满蒸馏水

6、，旋紧套盖，用纸擦净两端玻璃片，放入旋光仪内，盖上槽盖。调节目镜使视野清晰。然后旋转检偏镜能观察到明暗相等的三分视野为止，记下刻度盘读数，重复操作三次，取其平均值，此即为旋光仪零点。测毕取出旋光管，倒出蒸馏水。3、蔗糖水解过程中的测定从恒温槽中取出蔗糖溶液，将25ml2mol/LHCl溶液加入蔗糖溶液使其混合均匀。取加入一半HCl时作为反应开始时间，迅速取少量混合液清洗旋光管两三次。然后注满旋光管，测量各时间t时溶液的旋光度。分别测得时间为5、10、15、20、25、30、40、50、60分钟时的旋光度。4、的测定将反应剩余的混合液置50~60°C的热水浴中，温热30分钟

7、，以加速转化反应的进行，然后冷却，再恒温至25°C，测旋光度，此值即为反应终了时的旋光度。5、实验结束时，立刻将旋光管洗净干燥，以免酸对旋光管的腐蚀。5三、数据记录和处理实验温度27.5℃HCl浓度3mol·dm-3零点12.90-4.951.实验数据填入下表反应时间/minatat-a¥ln(at-a¥)k510152025304050609.057.405.954.903.152.050.15-1.20-1.9014.0012.3510.909.858.107.005.103.753.052.6392.5142.3892.