11蔗糖水解反应速度常数的测定

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1、物理化学实验——蔗糖水解反应速度常数的测定实验十一蔗糖水解反应速度常数的测定一、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。3．学习用Origin或Excel处理实验数据。二、实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为：为使水解反应加速，反应常常以作催化剂，故在酸性介质中进行。水解反应中水是大量的，反应达终点时虽有部分水分子参加反应，但与溶质浓度相比可认为它的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，其动力学方程式为：（11-1）或（11-2）式中：c0为反应开始时蔗糖的浓度，c为反应时间t时蔗糖的浓度。当时，t可用表示，即为

2、反应的半衰期。（11-3）上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速度常数k而与反应物起始浓度无关，这是一级反应的一个特点。蔗糖及其水解产物均为旋光性物质。当反应进行时，如以一束偏振光通过溶液则可观察到偏振面的转移。蔗糖是右旋的，水解的混合物中有左旋物质，所以偏振面将由右边旋向左边。偏振面的转移角度称之为旋光度，以-9-物理化学实验——蔗糖水解反应速度常数的测定表示。因此可利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源的波长以及反应时的温度等因素有关。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：（11-4）式中，

3、t为实验时的温度，D为所用光源的波长，为旋光度，l为液层厚度（常以10cm为单位），c为浓度（常用100mL溶液中溶有m克物质来表示），上式可写成：或（11-5）由（11-5）式可以看出，当其他条件不变时，旋光度与反应物浓度c成正比，即（11-6）式中K是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等因素有关系的常数。蔗糖是右旋性物质（比旋光度，产物中葡萄糖也是右旋性物质（比旋光度）果糖是左旋性物质（比旋光度），因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时体系变成左旋。因为上述蔗糖水解反应中，反应物与生成物都具有旋光性。旋光度与浓度成正比且溶液的旋光度为各组成旋

4、光度之和（加合性）。若反应时间为0、t、∞时溶液的旋光度各为、、，则可导出：（11-7）可改写为（11-8）由（11-8）式可以看出如以对t-9-物理化学实验——蔗糖水解反应速度常数的测定作图可得一直线，由直线的斜率即可求得反应速度常数k。本实验就是用旋光仪测定、值，通过作图由截距可得到。三、仪器和试剂旋光仪1台；停表1块；旋光管（带有恒温水外套）1支；恒温槽1套；容量瓶（50mL）1个；电子天平1台；锥形瓶（100mL）2个；移液管（25mL）2支；烧杯（100mL、500mL）各1个；2HCI溶液；蔗糖（分析纯）。四、操作步骤图11.1旋光管1．将恒温槽调节到25℃恒温，然后将旋光管

5、的外套接上恒温水，如图11.l。2．旋光仪零点的校正打开旋光仪电源开关，预热10min。洗净旋光管各部分零件，将旋光管一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，取玻璃盖片沿管口轻轻推入，盖好后再旋紧套盖（操作时不要用力过猛，以免压碎玻璃片），勿使其漏水或有气泡产生。用滤纸或干布擦净旋光管两端玻璃片，并放入旋光仪中，盖上槽盖，调节目镜使视野清晰，然后旋转检偏镜，使在视野中能观察到明暗相等的三分视野为止（注意：在暗视野下进行测定），记下刻度盘读数，重复操作三次，取其平均值此即为旋光仪的零点。测毕取出旋光管，倒出蒸馏水。3．蔗糖水解过程中的测定用移液管取25mL蔗糖溶液和25mL2HCl溶液分别注人两

6、个100mL干燥的锥形瓶中，并将这两个锥形瓶同时置于恒温槽中恒温10～15分钟。待恒温后将HCl溶液加到蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCl溶液加入一半体积时按下秒-9-物理化学实验——蔗糖水解反应速度常数的测定表作为反应的开始时刻（要连续将HCl溶液全部加入），振荡均匀后，迅速取少量混合液清洗旋光管二次，然后将此混合液注满旋光管，盖好玻璃片，旋紧套盖（检查是否漏气和是否有气泡），擦净旋光管两端玻璃片，立刻置于旋光仪中盖上槽盖。测量各时间t时溶液的旋光度，由于是在线实时监测，测定时要迅速准确，当三分视野暗度调节相同后，先记下时间再读取旋光度数值。可在测定第一个旋光度数值之后的5、10、15

7、、20、30、45、65和90min各测一次。4．的测定为了得到反应终了时的旋光度，将步骤3中剩余的混合液保留好，48h后重新恒温观测其旋光度，此值即为。也可将剩余的混合液置于60℃左右的水浴中恒温30min，以加速水解反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测其旋光度，此值即可认为是。需要注意的是测到30min后，每次测量后应将钠光灯熄灭，以免因长期过热使用而损坏，但在下一次测量之前需提前10min打开钠光灯，使光源稳定。另外，实验