3蔗糖水解速率常数的测定

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1、蔗糖水解速率常数的测定1.实验目的及要求1）了解旋光仪的简单结构原理和测定旋光物质旋光度的原理，正确掌握旋光仪的使用方法。2）利用旋光仪测定蔗糖水解作用的速率常数。2.实验原理根据实验确定反应A+B→C的速度公式为(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，在反应过程中B的浓度减少很小，可视为常数，上式可写成(2)此式为一级反应。把上式移项积分得(3)或得(4)蔗糖水解反应就是属于此类反应，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

2、作常数(对lOOg，20％的蔗糖水溶液而言，含蔗糖为20／342=0．06mol／L，含H20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。蔗糖及其水解后的产物都具有旋光性，且它们的旋光能力不同，所以可以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浓度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，而水解产

3、生的葡萄糖为右旋性物质，其比旋度为；果糖为左旋光性物质，其比旋度为。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，光源所经过的厚度，测定时温度等因素有关，当这些条件固定时，旋光度口与被测溶液的浓度呈直线关系，所以(5)(6)(7)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(5)，(6)，(7)式得(8)将式(8.88)代入(8.3)，则得(9)将式(8.9)整理得(10)以对t作图，由直线

4、斜率求出速率常数k。这样只要测出蔗糖水解过程中不同时间的旋光度αt，以及全部水解后的旋光度α∞，速率常数k就可求得。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。3.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只，(25mL)3只。移液管(25mL，胖肚)，移液管(25mL，刻度)1只，烧杯(S0mL)1只，洗瓶1只，洗耳球1个。蔗糖(化学纯)，盐酸1.8mol／L。4.实验步骤1）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

5、样品管，将管的一端加上盖子，并由另一端向管内灌满蒸馏水，在上面形成一凸面，然后盖上玻璃片和套盖，玻璃片紧贴于旋光管，此时管内不应有气泡存在。必须注意旋紧套盖时，一只手握住管上的金属鼓轮，另只一手旋套盖，不能用力太猛，以免压碎玻璃片。然后用吸滤纸将管外的水擦干，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦净，放人旋光仪的光路中。打开光源，调节目镜聚焦，使视野清晰，再旋转检偏镜至能观察到三分视野暗度相等为止。记下检偏镜的旋光度a，重复测量数次，取其平均值。此平均值即为零点，用来校正仪器系统误差。2）反应过程的旋光度测定洗净、烘干2支叉形反应管备用。将恒温水浴调节到所需的反应温度(如25℃,30℃

6、或35℃)。用移液管吸取20％蔗糖溶液25mL放入叉形反应管一侧，再用另一支移液管吸取25mL4mol／LHCl溶液放入叉形反应管的另一侧，将叉形管置于298.2K的恒温槽中恒温，恒温大约十分钟后，将HCl溶液倒入蔗糖溶液中，同时记下时间，来回倒三、四次，使之均匀后，立即用少量反应液荡洗旋光管两次，然后将反应液装满旋光管，旋上套盖，放进已预先恒温的旋光仪内，测量各时间的旋光度。(注意：荡洗和装样只能用去一半左右的反应液。)要求在反应开始后2～3min内测定第一个数据(约在5。左右)。在以后的15min内，每间隔30S测量一次。随后由于反应物浓度降低而使反应速率变慢，此时可将每次测

7、量的时间间隔适当放宽，一直测量到反应时间为50min为止。在此期间，将剩余的另一半反应液置于50～60℃的水浴内温热待用。3）α∞的测量将已在水浴内温热40min的反应液取出，冷至实验温度下测定旋光度。在10～15min内，读取5～7个数据，如在测量误差范围内，则取其平均值，即为α∞值。4）将恒温水浴和恒温箱的温度调高5℃，按上述步骤3和4再测量一套数据。I5.实验注意事项1）蔗糖在配制溶液前，需先经380K烘干。2）在进行蔗糖水解速率常数测定以前，要熟练掌握旋光仪的使用，能正确