2H+濃度對(duì)蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率影響的測(cè)定

/旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度與旋光度之間的關(guān)系;２。測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù);3。掌握旋光儀的基本原理及其使用方法;4。了解H+對(duì)速率常數(shù)的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)為:C12H２2Ｏ１1（蔗糖）+H２Ｏ→C６Ｈ１2O6（葡萄糖)+C6H12O6(果糖)Ｖ＝K[Ｃ12H2２Ｏ1１］[H2Ｏ］[α］Ｄ20=66。6０[α］D２０=52.５0［α]D2０＝-９1。９０為使水解反應(yīng)加速，常以酸為催化劑，故反應(yīng)在酸性介質(zhì)中進(jìn)行.該反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng).由于反應(yīng)中水是大量的,可以認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)中水的濃度基本是恒定的。而H+是催化劑，其濃度也是固定的。所以，此反應(yīng)可視為準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng).其動(dòng)力學(xué)方程為式中，ｋ為反應(yīng)速率常數(shù)；C為時(shí)間t時(shí)的反應(yīng)物濃度。積分得:式中，C０為反應(yīng)物的初始濃度.以時(shí)間對(duì)濃度（ｔ—Ｃ），ｌｎｃ～t作圖,斜率即為ｋ。蔗糖及水解產(chǎn)物均為旋光性物質(zhì)。但它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應(yīng)過(guò)程中旋光度的變化來(lái)衡量反應(yīng)的進(jìn)程.溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的種類、濃度、溶劑的性質(zhì)、液層厚度、光源波長(zhǎng)及溫度等因素有關(guān)。為了比較各種物質(zhì)的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示:式中，t為實(shí)驗(yàn)溫度（℃）；Ｄ為光源波長(zhǎng)；α為旋光度;ｌ為液層厚度（ｍ）;C為濃度（kg·m-3).可知,當(dāng)其它條件不變時(shí)，旋光度α與濃度C成正比。即:式中的K是一個(gè)與物質(zhì)旋光能力、液層厚度、溶劑性質(zhì)、光源波長(zhǎng)、溫度等因素有關(guān)的常數(shù)。在蔗糖的水解反應(yīng)中，反應(yīng)物蔗糖是右旋性物質(zhì),其比旋光度［α］D2０=６6．6°。產(chǎn)物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度［α］D20=5２。5°；而產(chǎn)物中的果糖則是左旋性物質(zhì),其比旋光度［α］Ｄ20=－91。9°.因此，隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行，右旋角不斷減小，最后經(jīng)過(guò)零點(diǎn)變成左旋。（實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,大約從140～２０之間，約需４５分鐘。）旋光度與濃度成正比,并且溶液的旋光度為各組成的旋光度之和.若反應(yīng)時(shí)間為０，t,∞時(shí)溶液的旋光度分別用α０，αt,α∞表示.則：α０＝K蔗糖C0(表示蔗糖未轉(zhuǎn)化）（1)α∞＝(K蔗糖+K葡萄糖)C0（表示蔗糖已完全轉(zhuǎn)化)(2）K反和K生分別為對(duì)應(yīng)反應(yīng)物與產(chǎn)物之比例常數(shù)。（3）三式聯(lián)立可以解得：（１）—（2)得（3)-（2）得兩式代入上式即得：可見(jiàn),以ln（αt-α∞）對(duì)ｔ作圖，由該直線的斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)ｋ,半衰期t1/２.三、儀器與藥品1．儀器：WZZ-２Ｂ自動(dòng)旋光儀1臺(tái)；旋光管1只；超級(jí)恒溫槽1套;臺(tái)稱1臺(tái)；秒表一只；燒杯(100mL）２個(gè);移液管(25ｍL）2只;移液管或量筒(50ｍL）1只錐形瓶：1個(gè)２.藥品：HCｌ溶液（4mol／Ｌ、３ｍｏl/L、2moｌ／L/、1mol／L）蔗糖（分析純）.四、實(shí)驗(yàn)步驟１。將恒溫槽調(diào)節(jié)到(50．0±0.1）℃恒溫，旋光儀先預(yù)熱２0分鐘。2。旋光儀零點(diǎn)的校正：旋光管注入蒸餾水,無(wú)氣泡，旋緊，擦凈,調(diào)節(jié)（圓盤旋光儀)目鏡使視野清晰，旋轉(zhuǎn)檢偏鏡至觀察到的三分視野暗度相等為止，記下檢偏鏡之旋轉(zhuǎn)角α,即為旋光儀的零點(diǎn)。WZＺ—2B自動(dòng)旋光儀“清零”（本實(shí)驗(yàn)中可以不校正零點(diǎn)）3。蔗糖水解過(guò)程中αｔ的測(cè)定：稱取１０g蔗糖，加入５0mL蒸餾水配成溶液（若溶液渾濁,應(yīng)先過(guò)濾)。用移液管?。?mL蔗糖溶液置于100ｍＬ燒杯。移取2５ｍL4mol·dm-3HＣl溶液于另一1０0ｍＬ燒杯中。將ＨCl迅速倒入蔗糖中，充分混合,在加入HＣｌ時(shí)開(kāi)始記時(shí)。(若用移液管移取25mL4mｏl/ＬHCl溶液直接加入到盛蔗糖溶液的燒杯中，則加入一半時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)）將混合液裝滿旋光管，測(cè)量不同時(shí)間t時(shí)溶液的旋光度αｔ。測(cè)定時(shí)要迅速準(zhǔn)確,當(dāng)將三分視野暗度調(diào)節(jié)相同后，先記下時(shí)間，再讀取旋光度.每隔一定時(shí)間，讀取一次旋光度,開(kāi)始時(shí),可每１mｉn讀一次，15mｉn后(讀取15個(gè)數(shù)值),每2ｍｉn讀一次，再讀取15個(gè)數(shù)值（３0min）。共測(cè)定45mｉn，30個(gè)數(shù)值４.α∞的測(cè)定:將混合液（25ｍＬ4mol/ＬHＣl溶液＋25mL蔗糖溶液）置于近50℃的水浴中，恒溫３0min以加速反應(yīng)，然后冷卻至實(shí)驗(yàn)溫度,按上述操作,測(cè)定其旋光度,持續(xù)約５mｉn,旋光度不發(fā)生變化,可以認(rèn)為反應(yīng)完全，此值即可認(rèn)為是α∞。若旋光度一直在變化,則還沒(méi)有反應(yīng)完全。５．重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，但將HＣｌ濃度分別改成2moｌ/L、1mol/L／，分別測(cè)其ａt(yī)、ａ∞五、注意事項(xiàng)1．裝樣品時(shí),速度要快,才能保證初始旋光度在約1４０(12。90左右）。旋光管管蓋旋至不漏液體即可，不要用力過(guò)猛，以免壓碎玻璃片。2．在測(cè)定α∞時(shí)，通過(guò)加熱使反應(yīng)速度加快轉(zhuǎn)化完全,但加熱溫度不要超過(guò)６0℃，減少副反應(yīng).3。酸對(duì)儀器有腐蝕,應(yīng)特別注意，避免酸液滴漏到儀器上.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后必須將旋光管洗凈。4.旋光儀中的鈉光燈（波長(zhǎng)589。3nm)不宜長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟，測(cè)量間隔較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)熄滅,以免損壞。不宜超過(guò)4小時(shí)，若時(shí)間較長(zhǎng),可停用１0～１5ｍin,使鈉光燈冷卻后，再重新開(kāi)啟使用。六、數(shù)據(jù)記錄與處理1.將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于下表:溫度：11.75℃鹽酸濃度:4mol／La∞：-4.448；反應(yīng)時(shí)間t（ｓ)ata∞aｔ—a∞In（at—a∞)1３７１１。944—4。４4８16.39２2。796７9３21０11．８34—４。4481６.28２2.790０62７711.73４-４．4４81６.1822.7839２８７11.73２-4。4４8１6．1８2。783776３3３１1。63-4．44816。0782。777４５２386１1．528-4。44815。9762。7７1０884３811.426－4.4４81５。8７42。７6468344411.４24-４。44815.8７22.764557４８411.３２２—4。44815.772。75810953611。218－4。44８１5。6662.7５149３538１1．２16-4．４48１５。6６42。751３655821１。104-４.４4815.5522。7４４189６4２1０．9９2—4．４4815．442。７3６962677１０．872—4.４4815。3２２。72９１5973010.77—４.4４815。21８2.７２2479757１０．65２－4.448１5.12.7146958０710.54-4.4４81４。9８82．７0７25８471０．４16-4.44814.8６42.6989428611０.41-４.44814．８５８2．69８5３8909１０．2６4－4。4４814．７1２２。688663９2110。２６2—4。４4814．71２.68852894４10．1６—4.４４81４。６082。681５６９95810。１34-４.44814。5822。67978899310．018—4。４481４。４662。67１８0110329。894-４。44814。3４2２．663192105７9．87８-4。44814。3262.６620７61０879．762—４.4481４.２1２．653９４６11209。６34—4.44814。0８２2．6448９７1140９．606-4.44814。0５42.642９07１1809。498-４．44813。94６2.6３5１931２0０９。284-4。44813。732２.61９7291２７8９。1８2-4.44813．63２．61２27３130４9.054-４．44８13．5０22.60283813458.934—4.４４８1３。382２.５939１113848.８3-4．4４８１3．2782.５861091４27８。7２２－4.４４813.17２.577９４2144９8。６08－４。44813．05６2.5６9248１４808.５0６—4．4４812。９５42．5６１40515258.38６-4。４４8１２.8342。552098１5558。26—4．４48１2。7082.54２23２１5868。２3—4。4481２。6７82.53９８681６２０8.１26－4。44812.57４２.531６3１1680７.896－４.44８１2.３４４2.51３１717７07。522－4.４４81１．９72．４８240418307.３８2-４。44811.832。４７０６３91８587.222－４.44８１1。６72.4570２11９0３7．11-４．4４81１．5５８2。4４73781９２7７．00２-4。4４81１。４52．43７9919686。8５２—4.44811.３2．42４803?溫度:11．75℃鹽酸濃度：2mol/La∞：-４。1７反應(yīng)時(shí)間t(ｓ)atａ∞at－a∞Ｉn(ａｔ-a∞）17１11.804—４.1７15．９742．77096233５11.7－４．17１5。8７2.7６44３146411。６-4．1715.772．7５8１09５7０１1．5—4.1７15.6７2。7517４867311。3９2-4。171５。562２．7448327701１．284—4．171５。45４２.73786８87１1１。182－４。１７15.３522。73１246934１1.076—4.1715。2462。72431７100６１0.9７２—4.１71５。142２。7１７4７２10７610.862－4。17１5。032２.71018111０５10。86—4．1７15．03２。710０48１154１0。756－4。1714.9262。７03１０5121５10.654－４。1714.824２.6９6２４７12８210．５44-4.1714。7１４2。688799１346１0.44—４.１7１4。61２.68170614２2１0.33—4.1714。52。６741４9146510．23—４.17１4．4２．６672281５3010.１12—4．1714．2822．659159８1０。01—４。17１4．182.6５18３3１6６09。９08－4．1714.0７82．64461317００9。8０6—4。1７1３。9762。６３７34217509。704—4.17１3.8742。6300１7187７9．５０2-4。１7１３。67２２.615３5１9209。4-4。１713．572．60７86１溫度：1１．75℃鹽酸濃度：1mol／Lａ∞：-3.95反應(yīng)時(shí)間t（s）aｔa∞at—a∞Iｎ（at-a∞)１4８11．８98－3。9515。８482。763０４347５1１．796-3。９515。746２．7565８66961１。69４—3。9515．644２.750０8787４11。５9２-3。9５15.5422.7４3５4６102011.4８8－3.951５．43８2.7３68３211541１.384-３。9515.3342.７30０731２６9１1.278－3.9５1５.2282．723１３613951１。17-3．9515。122.７1６018１49011.068—3。95１5。01８２．7０92４9160410．964—3。９５１4。9１42.７023169010.8６-3.９5１4.812.695303１78010。75８-3.9５1４。708２。688３９21869１0．６52—3。９5１4。602２.681159187９１0．65－3.95１4．６2．６810２21９６510．544—3.9５1４．4942．6７3７３５205210。44２－3.95１4。3９22．66６6７22．做不同HＣL濃度下的ｌn（αt－α∞)對(duì)ｔ作圖，由所得直線的斜率求出反應(yīng)速率常數(shù)k.總結(jié)HＣｌ對(duì)速率常數(shù)的影響。.由數(shù)據(jù)得到的圖。4mol/Ｌ鹽酸 ２mol/L鹽酸

由圖可知：K=2.0５39２E－4由圖可知:k=9。7０4２8E—51mol/L鹽酸由圖可知:K=５.36717E-5?鹽酸的濃度c（moｌ/L）速率常數(shù)k４ｍol/L鹽酸k=２。053９2Ｅ—4２mol/L鹽酸k=9。７０４28E—51mｏｌ/Ｌ鹽酸ｋ=５.36717Ｅ－５由此表作圖可得?Ｃ(ｍｏl/L） K=5.108７9E—５【思考問(wèn)題】1．實(shí)驗(yàn)中,為什么用蒸餾水來(lái)校正旋光儀的零點(diǎn)?在蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中,所測(cè)的旋光