3蔗糖水解速率常数的测定
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
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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，A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，反生
x为t时生成物的浓度。
(6)，(7)式得 由(5)，
(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α，以及全部水解后的旋光度α，速率常数k就可求得。 ?t
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?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,L HCl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2,3 min内测定第一个数据(约在5。左右)。在以后的15 min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10,15 min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。 I
.实验注意事项 5
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，能正确而迅速地读出其读数。
3)旋光管管盖只要旋至不漏水即可，过紧的旋钮会造成损坏，或因玻片受力产生应力而致使有一定的假旋光。 ’
4)旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时，应熄灭，以免损坏。
5)反应速率与温度有关，故叉形管两侧的溶液需待恒温至实验温度后才能混合。
6)实验结束时，应将旋光管洗净干燥，防止酸对旋光管的腐蚀。
6.数据处理
将实验数据记录于下表:
实验温度: 盐酸浓度: 零点: α: ?
T(min) 0 5 10 15 α t
20 30 50 75 100
1)以时间t为横坐标，ln为纵坐标作图，从斜率求出k值。(到示范中心四楼用 origin 7.0作，打印出来贴在纸上)
2)由截距求得α。 0
3)计算蔗糖水解反应的半衰期t值。 1/2
7.思考题
1)为什么可用蒸馏水来校正旋光仪的零点,
2)在旋光管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，若不进行校正队结果是否有影响,
3)为什么配制蔗糖溶液可用上皿天平称量,
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