实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1实验九旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数专业：11化学姓名：赖煊荣座号：32同组人：黄音彬、李小明时间：2014.3.11Ⅰ、实验目的1．测定蔗糖在酸存在下的水解速率常数。2．了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。3．了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。Ⅱ、实验原理蔗糖水溶液在有氢离子存在时产生水解反应：C12H22O11+H2O〔H+〕C6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性物质，其比旋光度为：〔α蔗〕D20=66.65°〔α葡〕D20=52.5°〔α果〕D20=-91.9°蔗糖水解为假一级反应，其速率方程式可写成：lna/(a-x)=kt(1)设反应方程式为：A+B→X+Y设反应物和生成物对某物理量λ（这里是旋光度）的贡献分别是λa、λb、λx、λy，它们与浓度的关系分别是：λa=l〔A〕；λb=m〔B〕；λx=n〔X〕；λy=p〔Y〕因λ=λa+λb+λx+λy，而在反应进程中：λa=l(a-x)；λb=m(b-x)=m〔(b-a)+(a-x)〕；λx=nx；λy=px。故λ=(l+m)(a-x)+m(b-a)+(n+p)x(2)在（2）式右端加、减a(n+p)，然后合并得λ=(l+m–n-p)(a-x)+m(b-a)+a(n+p)(3)反应开始时，a-x=a；反应完毕时，a-x=0故λ0=(l+m-n-p)a+m(b-a)+a(n+p)(4)λ∞=m(b-a)+a(n+p)(5)（3）式-（5）式λ-λ∞=(l+m-n-p)(a-x)(6)（4）式-（5）式λ0-λ∞=(l+m-n-p)a(7)将（6）、（7）式代入一级反应速率方程式（1），得：ln(λ0-λ∞)/(λ-λ∞)=kt（8）旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数2如果m、n、p为零，即这些物质与λ无关，则λ∞=0，（8）式简化为lnλ0/λ=kt（9）对本实验而言，以旋光度代入（8）式，得一级反应速率方程式：ln(α0-α∞)/(α-α∞)=kt(10)以ln(α-α∞)对t作图，直线斜率即为-k。αt-α∞=(α0-α∞)e-kt(11)αt+Δ-α∞=(α0-α∞)e-k(t+Δ)(12)（11）式-（12）式αt-αt+Δ=(α0-α∞)e-kt(1-e-kΔ)取对数ln(αt-αt+Δ)=ln[(α0-α∞)(1-e-kΔ)]-kt(13)从（13）式可看出，只要Δ保持不变，右端第一项为常数，从ln(αt-αt+Δ)对t作图所得直线的斜率即可求得k。Δ可选为半衰期的2—3倍，或反应接近完成的时间之半。本实验可取Δ=30，每隔5min取一次读数。Ⅲ、仪器与试剂全自动旋光仪一套，容量瓶(50mlor25ml))一个，移液管(25ml)一支，100ml锥形瓶一个，50ml烧杯一个，搅拌棒一支；4mol·l-1HCl，蔗糖。Ⅳ、实验步骤1．先作仪器零点校正。2．在小烧杯中称取蔗糖约5g，用少量蒸馏水溶解，倾入25ml容量瓶中，稀释至刻度，再倾入100ml锥形瓶中。又用25ml移液管吸取4mol·l-1盐酸溶液放入锥形瓶中，及时记录反应开始时间，混合均匀，尽快用此溶液淌洗旋光管后立即装满旋光管，盖上玻璃片，注意勿使管内存在气泡，旋紧管帽后(用滤纸擦去管外的溶液，以防酸液腐蚀旋光仪)即放置在旋光仪中测出旋光度。此后每隔5min测一次，经一小时后停止实验。Ⅴ、数据记录与处理1、实验数据记录表1实验室条件的记录表项目实验开始时实验结束时温度/℃21.922.1压力/hp1022.71022.0旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数3湿度/%54.955.0表2取Δ为30min，每5min取一次数据（每个点快速读取三个值而求平均值），列出记录表格：t/minαt(t+Δ)/minαt+Δαt-αt+Δln(αt-αt+Δ)ⅠⅡⅢ平均值ⅠⅡⅢ平均值5101520253013.17211.78210.5509.4358.2807.03513.14211.75010.5109.3858.2457.00513.11011.71310.4859.3658.2256.98513.14311.74310.5159.3958.2507.0083540455055605.8854.6703.5652.5801.6450.7955.8204.6253.5352.5401.6000.7755.8004.5953.5052.5201.5850.7655.8354.6303.5352.5471.6100.7787.3087.1146.9806.8486.6406.2301.9891.9621.9431.9241.8931.8292．以ln(αt-αt+Δ)对t作图，从所得直线斜率求k。图1.ln(αt-αt+Δ)-t直线图y=-0.0059x+2.02591.8001.8501.9001.9502.0002.05005101520253035时间/tln(αt-αt+Δ)由图可知：直线斜率为-0.0059故蔗糖转化反应的速率常数k=0.0059Ⅵ、结果分析根据上述结果分析，可知蔗糖水解反应的速率受多种因素的影响，主要有以下几个方面：(1)催化剂。蔗糖在纯水中水解速率很慢，通常需要加入催化剂以加快转化速率，但催化剂的种类与浓度均会影响反应速率。本实验采用HCl溶液作催化剂，保持浓度不变，这在一定程度上避免了催化剂浓旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数4度变化对反应速率的影响。(2)混合溶液时，两种液体混合的顺序。本实验在混合蔗糖溶液时，是将盐酸加入蔗糖溶液中。反过来，若将蔗糖溶液加入盐酸中，不仅蔗糖的起始浓度是一个变化的值，而且先加入的蔗糖会先发生水解，从而影响蔗糖水解速率。Ⅶ、思考题：1．实验中，我们用蒸馏水来校正旋光仪的零点，试问在蔗糖转化反应过程中所测的旋光度αt是否必须要进行零点校正？答：蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂，故用纯蒸馏水作零点校正。蔗糖转化反应过程中，无须再作零点校正，因都以蒸馏水作校正，只需校正一次。2．配制蔗糖溶液时称量不够精确，对测量结果有否影响？答：有，当HCl溶液浓度过大时，蔗糖水解速率测量结果会偏大。3．在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液里去，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去？为什么？答：如将蔗糖溶液加到HCl溶液中，由于，HCl溶液浓度过大，会加快蔗糖水解，影响测量结果。4．如果所用蔗糖不纯，对实验有什么影响？答：实验中若所用的蔗糖不纯可能会使实验的旋光度测量不准确。若是其中的杂质无旋光性则不会影响；若有但是旋光度不变化，也不会影响；若是杂质参与反应，即旋光度有变化，将会使实验测得的旋光度测量不准确，即数据处理时相减不能将其中的变化值消除。Ⅷ、参考教材1．《物理化学实验》（第三版）罗澄源等编，高等教育出版社，P126—130，P311—314；2．《物理化学实验》（第三版）复旦大学等编，高等教育出版社，P94—98，206—210。