实验三旋光法测定蔗糖水解速率常数.doc

实验三 蔗糖水解速率常数 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.）蔗糖水解反应就是属于此反应。 C12H22O11 + H2O C6H12O6 + 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100g20%的蔗糖溶液而言，含蔗糖为20/342=0.06mol/L，含H2O为80/18=4.4mol/L，由上式反应知道，当0.06mol/L的蔗糖全部水解后，水的含量仍有4.34mol/L，所以相对而言水的量可看作不变）。所以此反应看作一级反应。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不光性，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 =66.37o，而水解产生的葡萄糖为右旋性物质，其比旋光度为 =52.7o；果糖为左旋光性物质，其比旋光度为 = -92o，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.） α∞=A生a （t =∞蔗糖全部转化时的旋光度） （3.） αt=A生(a-x)+ A生x {t = t蔗糖浓度为(a-x)时的旋光度} （3.） 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.），（3.），（3.）式得： （3.）将式（3.）代入（3.3），则得： （3.） 将式（3.）整理得： (3.1) 以lg(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）1个，（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a=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