旋光度法測(cè)定蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù).doc

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1、實(shí)驗(yàn)七一級(jí)反應(yīng)——蔗糖的轉(zhuǎn)化一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度與旋光度之間的關(guān)系。2．測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期。3．了解旋光儀的基本原理，掌握其使用方法。二、預(yù)習(xí)要求?1．掌握旋光度與蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率常數(shù)的關(guān)系。2．.掌握αt與α∞的測(cè)定方法。3．了解旋光儀的構(gòu)造及使用方法。三、實(shí)驗(yàn)原理?蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)為：C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖為使水解反應(yīng)加速，常以酸為催化劑，故反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進(jìn)行。由于反應(yīng)中水是大量的，可以認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)中水的濃度基本是恒定的。而H+是催化劑，其濃度也是固定的。所以，此反應(yīng)可視為假一級(jí)

2、反應(yīng)。其動(dòng)力學(xué)方程為(1)式中，k為反應(yīng)速率常數(shù)；C為時(shí)間t時(shí)的反應(yīng)物濃度。將(1)式積分得：(2)式中，c0為反應(yīng)物的初始濃度。當(dāng)c=1/2c0時(shí)，t可用t1/2表示，即為反應(yīng)的半衰期。由(2)式可得：(3)蔗糖及水解產(chǎn)物均為旋光性物質(zhì)。但它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應(yīng)過(guò)程中旋光度的變化來(lái)衡量反應(yīng)的進(jìn)程。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的種類(lèi)、濃度、溶劑的性質(zhì)、液層厚度、光源波長(zhǎng)及溫度等因素有關(guān)。為了比較各種物質(zhì)的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示：(4)式中，t為實(shí)驗(yàn)溫度(℃)；D為光源波長(zhǎng)；α為旋光度；l為液層厚度(m)；c為濃度(kg·m-

3、3)。由(4)式可知，當(dāng)其它條件不變時(shí)，旋光度α與濃度C成正比。在蔗糖的水解反應(yīng)中，反應(yīng)物蔗糖是右旋性物質(zhì),其比旋光度[α]=66.6°。產(chǎn)物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]=52.5°；而產(chǎn)物中的果糖則是左旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]=-91.9°。因此，隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行，右旋角不斷減小，最后經(jīng)過(guò)零點(diǎn)變成左旋。旋光度與濃度成正比，并且溶液的旋光度為各組成的旋光度之和。若反應(yīng)時(shí)間為0，t，∞時(shí)溶液的旋光度分別用α0，αt，α∞表示。則：α0＝K反c0(表示蔗糖未轉(zhuǎn)化)(6)α∞＝K生c0(表示蔗糖已完全轉(zhuǎn)化)(7)式(6)、(7)中的K反和K生分別為對(duì)應(yīng)反應(yīng)物與產(chǎn)物

4、之比例常數(shù)。αt＝K反c＋K生（c0－c）(8)由(6)、(7)、(8)三式聯(lián)立可以解得：(9)(10)將(9)、(10)兩式代入(2)式即得：(11)由(11)式可見(jiàn)，以ln(αt－α∞)對(duì)t作圖為一直線，由該直線的斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)k。進(jìn)而可求得半衰期t1/2。根據(jù)阿累尼烏斯公式，可求出蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的活化能Ea。四、儀器與藥品1．儀器旋光儀1臺(tái)；恒溫旋光管1只；恒溫槽1套；臺(tái)稱(chēng)1臺(tái)；停表1塊；燒杯(100mL)1個(gè)；移液管(30mL)2只；帶塞三角瓶(100mL)2只。2．藥品HCl溶液(4mol·dm-3)；蔗糖(分析純)。五、實(shí)驗(yàn)步驟?1．將恒溫槽調(diào)節(jié)到(25

5、.0±0.1)℃恒溫，然后在恒溫旋光管中接上恒溫水。2．旋光儀零點(diǎn)的校正洗凈恒溫旋光管，將管子一端的蓋子旋緊，向管內(nèi)注入蒸餾水，把玻璃片蓋好，使管內(nèi)無(wú)氣泡存在。再旋緊套蓋，勿使漏水。用吸水紙擦凈旋光管，再用擦鏡紙將管兩端的玻璃片擦凈。放入旋光儀中蓋上槽蓋，打開(kāi)光源，調(diào)節(jié)目鏡使視野清晰，然后旋轉(zhuǎn)檢偏鏡至觀察到的三分視野暗度相等為止，記下檢偏鏡之旋轉(zhuǎn)角α，重復(fù)操作三次，取其平均值，即為旋光儀的零點(diǎn)。3．蔗糖水解過(guò)程中αt的測(cè)定用臺(tái)稱(chēng)稱(chēng)取10g蔗糖，放入100mL燒杯中，加入50mL蒸餾水配成溶液(若溶液混濁則需過(guò)濾)。用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL帶塞三角瓶中。移取3

6、0mL4mol·dm-3HCl溶液于另一100mL帶塞三角瓶中。一起放入恒溫槽內(nèi)，恒溫10min。取出兩只三角瓶，將HCl迅速倒入蔗糖中，來(lái)回倒三次，使之充分混合。并且在加入HCl時(shí)開(kāi)始記時(shí)，將混合液裝滿旋光管(操作同裝蒸餾水相同)。裝好擦凈立刻置于旋光儀中，蓋上槽蓋。測(cè)量不同時(shí)間t時(shí)溶液的旋光度αt。測(cè)定時(shí)要迅速準(zhǔn)確，當(dāng)將三分視野暗度調(diào)節(jié)相同后，先記下時(shí)間，再讀取旋光度。每隔一定時(shí)間，讀取一次旋光度，開(kāi)始時(shí)，可每3min讀一次，30min后，每5min讀一次。測(cè)定1h。4．α∞的測(cè)定將步驟3剩余的混合液置于近60℃的水浴中，恒溫30min以加速反應(yīng)，然后冷卻至實(shí)驗(yàn)溫度，按

7、上述操作，測(cè)定其旋光度，此值即可認(rèn)為是α∞。?????5．將恒溫槽調(diào)節(jié)到(30.0±0.1)℃恒溫，按實(shí)驗(yàn)步驟3、4測(cè)定30.0℃時(shí)的αt及α∞。?????6．本實(shí)驗(yàn)也可采用自動(dòng)旋光儀進(jìn)行測(cè)定，其操作步驟與本實(shí)驗(yàn)相同。自動(dòng)旋光儀的使用方法見(jiàn)第Ⅱ部分第五章光學(xué)測(cè)量技術(shù)及儀器。六、注意事項(xiàng)1．裝樣品時(shí)，旋光管管蓋旋至不漏液體即可，不要用力過(guò)猛，以免壓碎玻璃片。??????2．在測(cè)定α∞時(shí)，通過(guò)加熱使反應(yīng)速度加快轉(zhuǎn)化完全。但加熱溫度不要超過(guò)60℃。??????3．由于酸對(duì)儀器有腐蝕，操作時(shí)應(yīng)特別注意，避免酸液滴漏到儀器上