实验8旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

实验五旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验目的：了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法，测定蔗糖水解反应的速率常数与半衰期。实验操作要求：旋光仪的使用、恒温槽的使用实验原理：蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖：C12H22O11+H2O——C6H12O6+C6H12O6（蔗糖）（葡萄糖）（果糖）其中，蔗糖和葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但果糖的旋光能力比葡萄糖大。蔗糖水解反应是一个二级反应，但由于水是大量存在的，在反应过程中可以认为浓度不变，在反应过程中的氢离子是一种催化剂，也可以认为浓度不变，由此，蔗糖水解反应可作为一级反应来处理。一级反应的速率方程为：kcdtdcc为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。积分：0lnlncktcc为反应过程中的浓度，c0为反应开始时的浓度。当c=c0/2时，时间为t1/2，称为半衰期。kkt693.02ln21测定反应过程中的反应物浓度，以lnc对t作图，就可以求出反应的速率常数k。在这个反应中，利用体系在反应进程中的旋光度不同，来度量反应的进程。用旋光仪测出的旋光度值，与溶液中旋光物质的旋光能力、溶剂的性质、溶液的浓度、温度等因素有关，固定其它条件，可认为旋光度α与反应物浓度c成线性关系。物质的旋光能力用比旋光度来度量：ADcl100][20蔗糖的比旋光度[α]D20=66.6°，葡萄糖的比旋光度[α]D20=52.5°，果糖是左旋性物质，它的比旋光度为[α]D20=-91.9°。因此，在这个反应过程中，溶液的旋光度先是右旋的，随着反应的进行右旋角度不断减小，过零后再变成左旋，直至蔗糖完全转化，左旋角度达到最大。当t=0时，蔗糖尚未开始转化，溶液的旋光度为：00c反应物………1当蔗糖已完全转化时，体系的旋光度为：0c生成物………2此处，β为旋光度与反应物浓度关系中的比例系数。时间t时，蔗糖浓度为c，旋光度应为：)(0ccct生成物反应物………3由1、2式：)(0'00生成物反应物c………4由3、2式：)('ttc生成物反应物………5由于：0lnlncktc将9、10代入：)ln()ln(0ktt将实验数据作图，可由直线斜率求得反应速率常数，并进一步推求半衰期。实验讲解：1．实验原理（见上述）2．旋光仪的使用：旋光仪的基本结构及工作原理（结合有机实验）3．旋光仪的零点校正：用蒸馏水进行调节。洗净旋光管，灌装蒸馏水，打开旋光仪电源（预先打开预热），将旋光管放入旋光仪，调节目镜聚焦使视野清晰，旋转检偏镜使观察到三分视野暗度相等为止。记下检偏镜的旋光度。重复测量五次以上，取平均值，即为仪器零点，用来校正仪器误差。4．基本测量过程：具塞试管，干燥，移取25mL蔗糖溶液和25mLHCl溶液，加塞，置于超级恒温器中恒温（10min以上）。取出，擦干外壁，将HCl溶液倒入蔗糖溶液，同时记下反应开始的时间。接着用相互倾倒的方法使之混均，立即用少量溶液洗涤旋光管，然后装满旋光管，盖好，在旋光仪中测定旋光度值（第一个数值要求在反应起始时间1-2min内测定）。在反应开始的15分钟内，每分钟测量一次（每次测完后将旋光管置于恒温槽内恒温，注意取出测量前将旋光管上的水擦净）。以后反应速率变慢后，可适当放宽测量的时间间隔，一直测到旋光度为负值为止。将旋光管内的反应液与试管中的剩余液合并，置于水浴上温热40分钟，使之反应完全，取出放冷，并至恒温温度，测定旋光度，并在10-15分钟内测量5-7个数据，取平均值作为反应完全时的旋光度值。改变恒温温度测量另一组数据（本次实验因时间较长，只做一个温度条件下的数据）。5．数据处理作旋光度-时间关系曲线。在旋光度-时间关系曲线上等间距取8组数据，计算ln(αt-α∽)，并对t作图，由图求得反应的速率常数，并计算反应的半衰期。（如做了多个温度点的数据，则）在不同温度测定出不同的速率常数，并以阿仑尼乌斯公式计算反应的活化能：dTkdRTEaln2式中的微分值用lnk-T关系曲线的斜率求得。实验注意事项：本次实验温度调到30摄氏度（25度时反应较慢）。测定时调节三分视野中的暗场，才能获得比较准确的数据，注意旋光度小数部分的数据从游标尺上读取，并精确到0.05分度。先读到零点值，以后读的数据要扣除零点校正值。移取溶液时不要把移液管搞错混合时，注意试管容积只比50ml多一点点，且试管口较大，并不适宜倒溶液，别倒到外面。往旋光管中倒溶液时，注意别倒到外面。倒时可稍留一些空隙，注意旋光管盖子的装配方法。从恒温槽中取出旋光管时，用抹布擦一下外面的水，再用面纸把管子两端的水擦净，如不擦净的话，视场会不清晰。本次实验数据读取时，间隔5分钟的读8-10次，再间隔10分钟读3-4次。可在第4分钟或第9分钟取出旋光管，待擦净后放入旋光仪调节视场，差不多在一分钟读取数据。读完后立即再放到恒温水浴中去。最后完全反应的在十五分钟内读3-5次（不变即可）。在实验间隙中，将带有剩余溶液的试管先放到水浴中去加热。如不够，可以考虑指定时间内的测定完成后将溶液倒入试管，如试管中的溶液已够了，则直接用它测定无穷时的旋光度。测定时先将溶液倒入旋光管，在自来水上流水冷却后，再放到超级恒温器中恒温到指定温度。实验结束后，将旋光管中液体倒去，冲洗干净，将大试管洗净并用蒸馏水荡洗后放到烘箱中。实验数据记录及处理：旋光仪零点校正：1.65，开始混合：8:38时间8:408:458:508:559:009:059:109:159:209:259:30α14.2012.9012.1010.909.508.757.857.056.205.504.90时间9:359:459:5510:05无穷α4.403.352.351.50-2.65以上数据在26度时测定。数据处理：tαt(秒)ln(αt-α∞)8:4014.21202.8248:4512.94202.7448:5012.17202.6918:5510.910202.6069:009.513202.4979:058.7516202.4349:107.8519202.3519:157.0522202.2729:206.225202.1809:255.528202.0989:304.931202.0229:354.434201.9539:453.3540201.7929:552.3546201.60910:051.552201.423∞-2.65ln(αt-α∞)~ty=-2.731E-04x+2.872E+00R2=9.991E-010.0000.5001.0001.5002.0002.5003.0000100020003000400050006000由斜率可求得反应速率为2.73×10-4，t1/2=2.54×103秒实验准备：仪器和试剂：擦镜纸、吸滤纸、旋光仪、超级恒温槽，电炉水浴8组*4*4=128倍蔗糖溶液20%25mL3.5L、HCl溶液1.8mol/L25mL3.5L各用两只500mL瓶装，每周配1L。25mL移液管8支、移液管架4、洗耳球8、50mL试管16，烘干。