蔗糖水解速率常数的测定实验报告

.WORD格式整理....专业知识分享..蔗糖水解速率常数的测定一．实验目的：1.测定蔗糖水溶液在H+催化下转化反应的速度常数和半衰期。2.掌握旋光仪的使用。二．实验原理：蔗糖水解反应式为：612661262112212OHCOHCOHOHCH蔗糖葡萄糖果糖H+是催化剂，如果无H+存在，反应速度极慢，此反应是二级反应。但由于反应时水是大量存在的，整个反应过程中水的浓度可近似为恒定，因此可视为准一级反应，反应速度方程如下：AAkCdtdC（18-1）式中CA为t时刻的蔗糖浓度，k为反应速度常数。若令蔗糖起始浓度为CA.0，（18-1）式积分得：ktCCAA0,ln（18-2）由于蔗糖、葡萄糖和果糖都含有不对称的碳原子，它们都是旋光性物质，但它们的旋光能力各不相同，其中蔗糖右旋，比旋光度6.6020D，葡萄糖右旋，比旋光度5.5220D，果糖左旋，比旋光度9.9120D，所以随着反应的进行，物质的旋光度不断变化，由右旋逐渐变为左旋，故可利用体系在反应过程中旋光度的变化来量度反应的进程。旋光度的测量可使用旋光仪（见第2章常用仪器简介2.6.旋光仪）。当样品管长度，光波波长、温度、溶剂等其他条件都不变时，溶液旋光度α与其中旋光性物质浓度C呈线性关系。KC（18-3）式中比例常数K与物质的旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度等有关。旋光度只有相对含义，它因实验条件的不同会有很大的差异。物质的旋光能力可用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：lCD1020（18-4）式中：20为实验时的温度20℃；D是指所用钠光灯源D线，波长为589nm；为测得的旋光度（单位：度）；l为样品管的长度（单位：厘米）；C为浓度（单位：克/mL）。设反应初始时即t=0时，蔗糖的浓度为CA，O，当时间为t时，蔗糖的浓度为CA。则.WORD格式整理....专业知识分享..OACK,0反（t=0，蔗糖尚未水解）(18-5)OACK,生（t=∞，蔗糖完全转化)(18-6)(18-5)、（18-6）式中反K和生K分别为反应物与生成物的比例系数。而当t=t时，）（生反AOAAtCCKCK,（18-7）由（18-5）、（18-6）、（18-7）式可以解得：）（）（生反kkCOA,0（18-8)）（）（生反kkCAt（18-9）将（18-8）、（18-9）两式代入（18-2）式，整理得：)lg(303.2)lg(0tkt（18-10）由（18-10）式可以看出，以lg(αt-α∞)对t作图为一直线，斜率303.2km，可求得反应速度常数k，半衰期kt2ln21也可求得。三．实验步骤：1．调节空气恒温箱温度在25℃，用蒸馏水校正旋光仪的零点，熟悉旋光仪的调节和读数。2．将蔗糖溶液、3.0mol·L-1HCl溶液、反应完毕液（为节省同学时间，相同的反应完毕液实验室已准备好。方法是室温下静置24小时以上或于50℃恒温2个小时）分别置于锥形瓶中，放在已调节到25℃的恒温槽中恒温。3．用移液管吸取已恒温的10.00mL蔗糖溶液至干燥的锥形瓶中，再用另一支移液管吸取已恒温的10.00mL3.0mol·L-1HCl溶液加入其中（HCl溶液流出一半时即按下秒表开始记时）。迅速混合均匀，并用少量此溶液冲洗10cm长的样品管二次，然后将反应液充满样品管，盖好盖子并擦干样品管外部，立即将样品管放入旋光仪，调节至三分视界消失、暗度相等，先准确记下时间，再读取此时的旋光度读数。开始的20分钟内每2分钟测取一次读数，此后随着反应速度变慢，可将时间间隔逐渐适当放长，每3~5分钟测取一次读数，大约连续测量1.5小时，读数间隔时间如较长，可暂时关闭光源。4．如上法测定实验温度下反应完毕液的旋光度α∞。注意事项：1．样品管通常有10厘米和20厘米两种长度，一般选用10厘米长度的，这样换算成比旋光度时较方便。但对于旋光能力较弱或溶液浓度太稀的样品，需用20厘米长的样品管。2．旋光度受温度的影响较敏感，一般来说，旋光度具有负的温度系数，其间不存在简单的线性关系，且随物质的构型不同而异，但一般均在-（0.01~0.04）.WORD格式整理....专业知识分享..度-1之间，因此，在精密测定时必须用装有恒温水夹套的样品管，恒温水由超级恒温槽循环控制。3．样品管的玻璃窗片是由光学玻璃制成的，用螺丝帽盖及橡皮垫圈拧紧时，不能拧得过紧，以不漏水为限，否则，光学玻璃会受应力而产生一种附加的偏振作用，给测量造成误差。4．配制蔗糖溶液前，应先将其经380K烘干。实验结束时，应将样品管洗净，防止酸腐蚀样品管盖。同时，应将锥形瓶洗干净再干燥，以免发生碳化。四．数据记录与处理：实验温度___25℃___________气压_____1atm__________α∞_-2.25_时间αtαt-α∞lg(αt-α∞)2′56″6.608.850.9469432714′44″6.458.70.9395192536′39″6.308.550.9319661158′18″6.158.40.92427928610′08″6.008.250.91645394911′56″5.808.050.9057958813′40″5.607.850.89486965715′52″5.257.50.87506126317′51″4.957.20.85733249619′50″4.807.050.84818911722′23″4.506.750.82930377325′19″4.156.40.80617997428′25″3.856.10.78532983531′42″3.605.850.76715586634′20″3.255.50.74036268937′25″3.055.30.7242758740′59″2.604.850.68574173945′31″2.304.550.65801139749′38″1.703.950.59659709654′52″1.453.70.56820172458′23″1.153.40.53147891762′52″0.803.050.48429983967′04″0.502.750.43933269471′44″0.252.50.39794000976′36″0.002.250.35218251880′48″-0.2520.3010299961．算各时间t的αt-α∞和lg(αt-α∞)数值，填入上表。.WORD格式整理....专业知识分享..2．lg(αt-α∞)对t作图，由直线斜率求反应速度常数k，并计算半衰期t1/2。0204060800.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2)lg(303.2)lg(0tktlg(αt-α∞)t/min由曲线可得其斜率为-0.00827，近而求出反应速率常数k=3.174×10-4s-1,kt2ln21=2183s思考与讨论1．本实验中是否需要对每一个数据进行零点校正？2．为什么t=0时，反应液的旋光度可以不测？是否可在测定第一个旋光度时开始计时？为什么？3．在混合蔗糖溶液和HCl溶液时，可否把蔗糖溶液加入到HCl溶液中去？为什么？4．本实验中如果不把剩余反应液在恒温槽中加热2小时，则可以在室温下放24小时后再测α∞，两种方法t不同，对测定速度常数k有无影响？通常说反应速度常数k要随温度而变化，采用2小时的方法测定α∞，是否会影响k的数值？五、思考题1、说出蔗糖溶液在酸性介质中水解反应的产物是什么？此反应为几级反应？答案：122211261266126HCHOHOCHOCHH蔗糖葡萄糖果糖准一级反应2、WZZ-2S数字式旋光仪的使用分为哪几步？.WORD格式整理....专业知识分享..答案：①.打开电源开关(POWER仪器左侧),待5-10分钟使钠灯发光稳定。②.打开光源开关(LIGHT仪器左侧),开关指DC档,此时钠灯在直流电下点燃。③.按“测量”键,液晶显示屏应有数字显示。④.清零⑤.测量3、旋光管中的液体有气泡是否会影响实验数据？应如何操作？答案：会，若管中液体有微小气泡，可将其赶至管一端的凸起部分。4、本实验为什么可以通过测定反应系统的旋光度来度量反应进程？答案：在本实验中，蔗糖及其水解产物都具有旋光性，即能够通过它们的旋光度来量度其浓度。蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以随水解反应的进行，反应体系的旋光度会由右旋逐渐转变为左旋，因此可以利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。5、旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数实验分哪几步？答案：①.调节恒温槽的温度在30±0.1℃。②.溶液配制与恒温。③.仪器零点校正。④.测量（1）αt的测定（2）α∞的测定6、反应开始时，为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中，而不是相反？答案：因为将反应物蔗糖加入到大量HCl溶液时，由于H+的浓度高，反应速率大，一旦加入蔗糖则马上会分解产生果糖和葡萄糖，则在放出一半开始时，已经有一部分蔗糖产生了反应，记录t时刻对应的旋光度已经不再准确，影响测量结果。反之，将HCl溶液加到蔗糖溶液中去，由于H+的浓度小，反应速率小，计时之前所进行的反应的量很小。7、t的测量时间是否正好为5，10，…60分钟?蔗糖水解过程中体系的旋光度增大还是减小？答案：不是，应在旋光度读数稳定后，先记录精确的反应时间，几分几秒，再读旋光度。由于反应体系的旋光度会由右旋逐渐转变为左旋，蔗糖水解过程中旋光度是在不断减小。8、加入蔗糖中的蒸馏水的量有无限制？为什么？答案：有,不能加太多,因要移到25ml容量瓶。9、本实验需测哪些物理量？是如何测得的？答案：本实验需测不同时刻的t及。：将剩余混合液置于50-60℃的水浴中加热30分钟，以加速水解反应，然后冷却至实验温度，测其旋光度，此值即可认为是。.WORD格式整理....专业知识分享..10、氢离子浓度对反应速率常数测定是否有影响？答案：有影响。因k值与温度和催化剂的浓度有关。11、实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点?答案：主要是因为蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂，这样就消除了溶剂时实验结果的影响。故用纯蒸馏水作零点校正。且蒸馏水没有旋光性，其旋光度为零。12、实验结束后为什么必须将旋光管洗净？答案：防止酸对旋光管的腐蚀。13、记录反应开始的时间迟点或早点是否影响k值的测定？答案：不影响。因k值与温度和催化剂的浓度有关，与时间无关。14、在测定α∞时，通过加热使反应速度加快转化完全，加热温度能否超过60℃？为什么？答案：α∞的测量过程中，剩余反应混合液加热温度不宜过高以50～55℃为宜，否则有副反应发生，溶液变黄。因为蔗糖是由葡萄糖的苷羟基与果糖的苷羟基之间缩合而成的二糖。在H+离子催化下，除了苷键断裂进行转化外，由于高温还有脱水反应，这就会影响测量结果。15、蔗糖水解反应速率常数和哪些因素有关？答案：对指定的反应，速率常数和反应温度、催化剂有关。16、在旋光度的测量中为什么要对零点进行校正？它对旋光度的精确测量有什么影响？在本实验中若不进行零点校正对结果是否有影响？答案：（1）旋光仪由于长时间使用，精度和灵敏度变差，故需要对零点进行校正。（2）若不进行零点校正，则各个时间所的的溶液的旋光度存在偏差，若不校正会使测量值的精确度变差，甚至产生较大的误差。本实验数据处理时，用旋光度的差值进行作图和计算，以ln()t对t作图，故若不进行零点较正，只是α值不准确，但并不影响其差值，对k的结果无影响。17、配置蔗糖和盐酸溶液浓度不够准确，对测量结果是否有影响？答案：当蔗糖的浓度不准确时，对反应速率常数的测量结果无影响。当HCl溶液浓度不准确时，对反应速率常数的测量结果有影响。18、蔗糖水解实验中为什么不用浓硫酸和稀硝酸，而用盐酸？.WORD格式整理....专业知识分享..答案：浓硫酸有脱水性（会使蔗糖脱水变成碳）和强氧化性，浓稀硝酸都有强氧化性