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时间:2019-08-25
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1、实验七旋光法测量蔗糖水解反应速率常数一、冃的要求1.了解旋光仪的基木原理。2.了解反应物浓度与旋光度Z间的关系。3.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。二、基本原理蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为:Ci2H22O11(^^)+H2O->C6H12O6(葡萄糖)+C6H12O6(果糖)它是一个二级反应,在纯水中此反应的速率极慢,通常需要在『离子催化作用下进行。曲于反应时水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应,仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的;而11『是催化剂,其浓度也保持不变。因此蔗
2、糖转化反应可看作为一级反应。一级反应的速率方程可由下式表示:—dc/dt=kc.c?=kc(1)式中c为时间t时的反应物浓度,k为反应速率常数。上式积分可得:lnco-lnc=kt(2)Co为反应开始时反应物浓度。当c=l/2co时,时间t可用切2表示,即为反应半衰期:ti/2=(ln2)/k=0.693/k(3)从(2)式可看出,在不同吋间测定反应物的相应浓度,并以Inc对t作图,可得一直线,曲直线斜率即可求得反映速率常数k。然而反应是在不断进行的,要快速分析出反应物的浓度是困难的。但蔗糖及其转化产物
3、,都具冇旋光性,而且它们的旋光能力不同,故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化來度量反应的进程。测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均冇关系。当其它条件均固定吋,旋光度Q与反应物浓度c呈线性关系,即a=[a]2°d1c(4)作为反应物的蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[a]20d=-66.6°;生成物葡萄糖也是右旋性物质,其比旋光度[a]20d=52.5°;但果糖是左旋性物质,其比旋光度】a]20D=-91.9°。由于生成物中果糖
4、的左旋性比葡萄糖的右旋性犬,所以生成物呈现左旋性质。因此随着反应的进行,体系的右旋角不断减小,反应至某一瞬间,体系的旋光度可恰好等于零,而后就变成左旋,直至蔗糖完全转化,这吋左旋角达到最大值a5设体系最初的旋光度为:ao=P反Co(t=0,蔗糖尚未转化)(5)体系最终的旋光度为:(6)aoo=P生Co(t=°°,蔗糖已完全转化)式(5)和(6)中B反和B生分别为反应物与生成物的比例常数。当吋间为t时,蔗糖浓度为c,此吋旋光度为a即at=3反c+(B生co—c)(7)由式(5)、(6)和(7)联立可解得:
5、c()=(a。—。8)/(B反—B生)=B,(ao—。8)(8)c=(a(-aoo)/(B反一B生)二P9(at—aoo)(9)将式(8)和(9)带入(2)式即得:In(a0—aoo)-In(at-a«>)=kt(10)显然,如以ln(at-aTO)对t作图可得一直线,从直线斜率即可求得反应速率常数ko三、仪器试剂旋光仪移液管(25ml)2支蔗糖(20g/10mL)HC1溶液(4mol/L)锥形瓶(150mL)四、实验步骤1.旋光仪的零点校正2.反应过程的旋光度测定:20mL蔗糖-锥形瓶->20mL验算
6、一>混合均匀一>润洗旋光管2次T注满旋光管(剩余溶液置于低于60度的水浴)T擦干T赶气泡T测量旋光度并记下时间(5和t])->没间隔约5分钟测量一次,共测量7组数据。3.a8的测量:上述7组数据测量完成后,倒掉旋光管中未完全水解的溶液,取出置于低于60度水浴的反应溶液,冷却至室温,用该溶液润洗2次旋光悖,测量a将旋光管再置于低于60度水浴加热5分钟,取出并冷却后再次测量旋光度a~2,直至两次测量的旋光度相等。五、数据处理:1.原始记录2.画如下表格时间t/min旋光度a/°at-axln(arax)ti
7、=07.3510.852.38丫2=5.04.207.702.04t3=10.22.756.251.83t4=14.91.905.401.69t5=20.11.104.601.53t6=25.30.504.001.39t7=30.1-0.203.301.1900-3.500/3.作图注意:1纵坐标和横坐标的名称和单位要标出1.作的肓线应使图中的7个点均匀分布在肓线两侧在直线上任取两点A和B,其坐标分别为(6.85,2.02)和(21.49,1.48)直线的斜率为:=-0.0372.02-1.48_0.5
8、46.85-21.49--14.64所以反应的速率常数为:k=0.037(min1)半衰期『1/2=In2T0.693~0.037=18.73(min)六、思考题:1.时间t/min旋光度a/°t]=07.35七2=5.04.20t3=10.22.75t4=14.91.90t5=20.11.10t6=25.30.50t7=30.1-0.2000-3.50原始记录姓名:班级:学号:旋光法测量蔗糖水解反应速率常数反应温度:15.3°C
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