蔗糖转化反应动力学

1实验报告：蔗糖转化反应动力学一．实验目的1.测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期。2.了解旋光度的概念，学习旋光度测量方法及在化学反应动力学中的应用。二．实验原理蔗糖在水溶液中的转化反应为果糖葡萄糖蔗糖61266126][H2112212OHCOHCOHOHC此反应是一个二级反应，在纯水中反应速率极慢，通常需要在H+的催化作用下进行。当蔗糖含量不大时，反应过程中水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可认为整个反应过程中水的浓度是恒定的。H+是催化剂，其浓度也保持不变。则此蔗糖转化反应可以看作是准一级反应，反应速率为蔗果葡蔗kcdtdcdtdcdtdc式中：k为蔗糖转化反应速率常数，c蔗为时间t时蔗糖的浓度。当t＝0时，ktcc蔗蔗,0ln当蔗蔗,021cc时，相应的时间t即为半衰期21t，且kkt6931.02ln21本实验通过测量旋光度来代替反应物或生成物浓度的测量。2旋光性物质的旋光角Amm式中：αm为旋光性物质的质量旋光本领，与温度、溶剂、偏振光波长等有关；m为旋光性物质在截面积为A的线性偏振光束途径中的质量。蔗糖、葡萄糖和果糖都具有旋光性，但旋光能力不同，因此，随着反应的进行，蔗糖、葡萄糖、果糖的浓度发生变化，总旋光角也发生变化。蔗糖、葡萄糖为右旋，果糖为左旋。所以反应过程中右旋角不断减小，反应完毕时溶液呈左旋。蔗糖水解反应过程中，不同时间t时，反应物、生成物浓度为61266126][H2112212OHCOHCOHOHC果葡蔗蔗＝AAAc0,0果葡蔗蔗＝AAAct可得ttcctk0,0ln1ln1蔗蔗)ln()ln(0ktt以)ln(t对t作图，则图为一直线，由直线斜率可求得蔗糖转化反应速率常数k。3三．仪器与试剂旋光仪、恒温槽、磨口塞锥形瓶（250ml）、烧杯（100ml、1000ml）、移液管（50ml）、蔗糖（A.R.）、HCl溶液容量瓶（50ml）、秒表。四．实验步骤1.打开恒温水浴锅，将设定温度调至55℃；将恒温槽温度设定为25℃。2.配制溶液：10.0g蔗糖用少量水溶解，注入50ml容量瓶，稀至刻度。3.配制盐酸溶液50mlHCl溶液（3.0mol·dm-3）于干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中。4.将蔗糖溶液倒入另一干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中，将50mlHCl溶液迅速倒入蔗糖溶液中，同时开动秒表计时。两瓶应来回倒几次，使溶液倒尽，并加塞混匀。5.迅速取少量混合液洗涤旋光测试管两次，在测试管内装满混合液，用镜头纸将测试管两端玻璃片擦干，迅速放入旋光仪内，测量第一个数据α1，同时记录时间，测定α1尽量在3min内完成。以后每隔3min测一次。至少测量至旋光度为负值（左旋）。6.将剩余混合液置于55℃水浴内保温30min，然后冷却至实验温度测α∞。7.充分洗净测试管，擦净后放回仪器盒，以防酸蚀。洗净锥形瓶并晾干。五．实验数据记录与处理1.室温：26.7℃恒温槽温度：25℃蔗糖质量：10.0g2.实验数据：4t/sαt/rad(αt-α∞)/radln(αt-α∞)9112.11516.0252.77431210.62014.5302.6764849.77013.6802.6166748.80012.7102.5428927.69511.6052.45110676.46010.3702.33912375.6509.5602.25814644.9408.8502.18016494.3758.2852.11418793.7207.6302.03221223.0406.9501.93923352.4256.3351.84626421.7305.6401.73028601.2405.1501.63930690.7004.6101.52832390.3404.2501.4473457-0.0353.8751.355∞-3.9103.αt~t图：54.ln(αt-α∞)图：反应速率常数为k=4.16E-46T1/2=ln2/k=0.6931/4.16E-4s=1666.11s=27.7min六．结果讨论与误差分析1.在实验过程中，样品管恒温时间不够长，与理论25℃有偏差。2.数值变动太快，读数不够精准。3.计时及读数的时间不够精准。4.刚开始时旋光测试管没有加塞，导致HCl挥发。七．思考题1.根据蔗糖、葡萄糖、果糖的质量旋光本领数据，计算本实验中的α0和α∞。答：αm（蔗糖）=1.16*10-2rad•m2•kg-1M（蔗糖）=0.342kg•mol-1αm（葡萄糖）=0.92*10-2rad•m2•kg-1M（葡萄糖）=0.180kg•mol-1αm（果糖）=-1.60*10-2rad•m2•kg-1M（果糖）=0.180kg•mol-1Co(蔗糖)=0.585mol•L-1L=200mm=0.2mA(蔗糖)=αm（蔗糖）*M(蔗糖)*L=0.793rad•L•mol-1A(葡萄糖)=αm（葡萄糖）*M(葡萄糖)*L=0.331rad•L•mol-1A(果糖)=αm（果糖）*M(果糖)*L=-0.576rad•L•mol-1得，αo=A(蔗糖)*Co(蔗糖)=0.464radα∞=A（葡萄糖）*Co(蔗糖)+A（果糖）*Co（蔗糖）=-0.143rad2.配置蔗糖溶液时，使用0.1g精度的天平，而无需使用0.1mg精度的天平，为什么？答：因为要求配10.0g的蔗糖溶液，只要称准到小数点后第一位,即0.1g就可以了,因此只需用精度为0.1g的天平而不需用精度为0.0001g的分析天平(它能准确到小数点后第四位)。实际就是称量的精确度确定需要用的设备。3.将盐酸溶液与蔗糖溶液混合时，是将盐酸溶液加入到蔗糖溶液中，反之是否可以？为什么？7答：由于反应中水是大量的，消耗的水可忽略不计，所以该反应可看作是一级反应。反应速率只与蔗糖的浓度有关。盐酸只作催化剂。如果将蔗糖加入盐酸中，蔗糖的起始浓度就是一个变化的值，而且先加入的蔗糖会先水解，影响起始浓度和反应速率。只有将盐酸加入到蔗糖溶液中，所有实验才是在相同条件下进行的。