實驗12一級反應(yīng)——蔗糖的轉(zhuǎn)化

1、實驗 12 一級反應(yīng)蔗糖的轉(zhuǎn)化一、目的要求1.根據(jù)物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)，用測定旋光度的方法測定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反應(yīng)速率常數(shù)和半衰期。2.了解該反應(yīng)的反應(yīng)物濃度與旋光度之間的關(guān)系及一級反應(yīng)的動力學(xué)特征。3.了解旋光儀的基本原理，掌握其使用方法及在化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)測定中的應(yīng)用。二、原理蔗糖轉(zhuǎn)化過程的方程是：C12H22O12H2OH+C6H12O6+C6H12O6（蔗糖）（葡萄糖）（果糖）+其速率方程為：HOHssccckdtdc2（12-1 ）式中k為反應(yīng)速率常數(shù)，sc為時間t時蔗糖濃度，此反應(yīng)在定溫條件下，在純水中進(jìn)行的反應(yīng)速率很慢，通常需要在H催化下進(jìn)行，因此H做催化劑，在反應(yīng)過程中濃度可

2、視為不變，則式（ 12-1 ）變?yōu)椋篛Hsscckdtdc2（12-2 ）式中Hckk。 （12-2 ）式表明該反應(yīng)為二級反應(yīng)，但由于有大量水存在，雖然有部分水分子參加反應(yīng)，但在反應(yīng)過程中水的濃度變化極小而視為常數(shù)合并到k中，故式（ 12-2 ）可寫成：ssckdtdc1表，（12-3 ）式中OHHcckk21表，故蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)可看作表觀一級反應(yīng)，當(dāng)0t時，蔗糖的初始濃度為0c，積分（ 12-3 ）式得：01lnlnctkcs表，（12-4 ）若以scln對t做圖，可得一條直線，從直線斜率可求得1表，k，當(dāng)2/10,21ttccs時，半衰期112/16931.02ln表，表，kkt，2/1t只

3、決定于1表，k而與蔗糖起始濃度無關(guān)，這是一級反應(yīng)的特征。如何獲得不同時刻t時的sc呢？因蔗糖及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物葡萄糖和果糖都含不對稱的碳原子，都具有旋光性，但旋光能力不同，故可利用體系在反應(yīng)過程中旋光度的變化來度量反應(yīng)過程，度量旋光度所用的儀器稱為旋光儀，它是利用偏振光通過具有旋光性的被測物質(zhì)，用檢偏鏡來測定旋光度的，其構(gòu)造及測量原理圖12-1 。圖 12-1 旋光儀的構(gòu)造示意圖從圖 12-1看出，自然光通過起偏鏡產(chǎn)生偏振光，該偏振光部分通過狹長石英條（寬度為視野的1/3 ） ，偏振面被旋轉(zhuǎn)了一個角度（角很小），這種中間與兩邊偏振面不同（相差角）的偏振光在樣品管中被旋轉(zhuǎn)（同樣角度）后到達(dá)檢偏鏡。如果

4、檢偏鏡能通過的光振面與中間光偏振面一致，則視野中可見到如圖12-2 （a） ，中間亮兩邊暗；同樣檢偏鏡能通過的光偏振面與兩邊的光一致，則視野中出現(xiàn)圖12-2 （ b） ，中間暗兩邊亮；在與圖12-2（a）和 12-2 （b）的角度都相差/2 角的地方，存在一點，整個視野的光亮度一致，如圖12-2 （c） 。這點作為讀數(shù)點，某溶液和純水的讀數(shù)之差就是溶液的旋光度。圖 12-2 旋光儀的三分視野圖旋光儀的大小與溶液中所含旋光物質(zhì)之旋光能力、溶劑性質(zhì)、溶液的濃度、光源波長以及溫度等有關(guān)。當(dāng)其它條件均固定是，旋光度與反應(yīng)物質(zhì)濃度c呈線性關(guān)系，即：Kc式中的比例常數(shù)K與物質(zhì)之旋光能力、溶劑性質(zhì)、溶液厚度

5、、溫度等有關(guān)。當(dāng)波長、溶劑及溫度一定時，溶液的旋光度與濃度、樣品長度成正比，即10020cLD式中的比例常數(shù)20D稱為比旋光度， 可用來度量物質(zhì)的旋光能力，20 為實驗溫度20 ，D是指所用鈉光燈源D 線，波長 5893A，L 為樣品管長度（dm ）,c為濃度（ g/100ml） 。反應(yīng)物蔗糖為右旋物質(zhì)，比旋光度6 .6620D；生成物中葡萄糖也是右旋物質(zhì)，5.5220D；果糖是左旋物質(zhì)，其9.9120D。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖的右旋性大，所以生成物總體呈現(xiàn)左旋性質(zhì)。因此，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，右旋角不斷減小，反應(yīng)至某一瞬間， 體系的旋光度可恰好等于零。而后變成左旋，直至蔗糖完全轉(zhuǎn)化，這時

6、左旋角達(dá)到最大值。設(shè)最初的旋光度為00cK反(蔗糖尚未轉(zhuǎn)化0t) （12-5 ）最后的旋光度為0cK生（蔗糖已完全轉(zhuǎn)化t）（12-6 ）式中生反、KK分別為反應(yīng)物與生成物的比例系數(shù)，0c為反應(yīng)物的起始濃度即生成物的最后濃度。當(dāng)時間為t時，蔗糖濃度為sc，此時旋光度為t，)(0sstccKcK生反（12-7 ）由式 12-5 、12-6 、12-7 聯(lián)立，可解得：)(000KKKc生反（12-8 ）)(ttsKKKc生反（12-9 ）將此關(guān)系式代入（12-4 ）式即得：)lg(303.2)lg(01tkt表，若以)lg(t對t作圖，從其斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)1表，k，進(jìn)而求出其半衰期2/1t。

7、三、儀器和試劑旋光儀 1 臺；電熱恒溫水浴鍋1 臺；量筒（ 500ml ）2 只；三角錐瓶（100ml ）1 只；停表；臺秤；蔗糖（AR） ；鹽酸（ 63dmmol） ；擦鏡紙。四、實驗步驟1.配置 20% 蔗糖溶液在臺秤上稱取6g 蔗糖于錐形瓶中，加入24ml蒸餾水搖動使其溶解。2.旋光儀零點的校正把旋光管一端的蓋旋開（注意蓋內(nèi)玻片以防跌碎），用蒸餾水洗凈并充滿，使液體在管口形成一凸出的液面，然后將玻片輕輕推放蓋好，注意不要留有氣泡，然后旋好管蓋， 注意不應(yīng)過緊， 使不漏水即可。把旋光管外殼及兩端玻片水漬吸干，把旋光管放入旋光儀中，打開電源，旋轉(zhuǎn)刻度盤在0 度附近。調(diào)整目鏡聚焦，使視野清楚，

8、在旋光儀的視野中會看到如圖 12-3 的三分視野圖，旋轉(zhuǎn)刻度盤使三分視野中的陰暗度完全相等，三分視野的分界線消失如圖 12-3 （c） ，則可讀取數(shù)據(jù)。重復(fù)三次，取其平均值，即為旋光儀的零點讀數(shù)。3.反應(yīng)過程中旋光度的測定在蔗糖溶液錐瓶中，加入63dmmolHCl 溶液 30ml ，剛加至1 半時開始記時，此時為反應(yīng)開始的時間（注意：是一次性加入的！） 。倒出旋光管中蒸餾水，以少量蔗糖溶液蕩洗一次，然后盡快放入旋光儀中，在時間間隔為5min 、10min 、15min 、 20min 、30min 、40min 、50min 、60min 時測其旋光度，直至旋光度為-2 左右為止。多次測定后關(guān)

9、上鈉光燈，欲測時提前5min 開燈。為防止旋光儀發(fā)熱而影響旋光管內(nèi)反應(yīng)系統(tǒng)的溫度，最好每次測定后，將旋光管移出旋光儀。4.的測定將剩下的溶液在65 75的水浴內(nèi)恒溫約5min ，然后冷卻至原來的溫度，并取少量溶液蕩洗旋光管后，裝滿溶液，測其旋光度。5.實驗完畢，洗凈旋光管，擦干復(fù)原。五、注意事項1.注意不要打破或丟失小玻璃片。2.加熱反應(yīng)溶液時，注意水溫不能超過70，加熱時間不超過5min ，否則會產(chǎn)生副反應(yīng)，溶液將會變成黃色。加熱的同時，要不斷攪拌。六、數(shù)據(jù)處理1.儀器零點，的值，實驗溫度。2.列出tt表，并作出相應(yīng)的tt圖。3. 從tt曲線 上，等時間間隔讀取8 10個t數(shù) 值，并算出)l

10、g(t和)lg(0的值，列出下表：t（ min ）t)lg(t)lg(0k 4.以)lg(t對t做圖，由直線斜率求出反應(yīng)速率常數(shù)1表，k，并計算出反應(yīng)的半衰期2/1t。七、思考題1.本實驗中， 用蒸餾水校正旋光儀的零點時，若不進(jìn)行校正， 對實驗結(jié)果是否有影響？2.一級反應(yīng)有那些特征？為什么配置蔗糖溶液可用臺秤稱量？3.在混合蔗糖溶液和HCl 溶液時，是將HCl 溶液加入到蔗糖溶液中，可否把蔗糖溶液加到 HCl 溶液中，為什么？4.在測量蔗糖鹽酸水溶液時刻t對應(yīng)的旋光度t時，能否象測純水的旋光度那樣，重復(fù)測三次后，取平均值？5.你認(rèn)為該實驗還有什么改進(jìn)的地方？八、參考資料1.H.W.Salzbe