旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)

實(shí)驗(yàn)六：旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解反應(yīng)的反應(yīng)物濃度與旋光度之間的關(guān)系；2、了解旋光儀的基本原理，掌握旋光儀的正確使用方法；3、測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平均活化能；二、實(shí)驗(yàn)原理：蔗糖在水中水解成葡萄糖的反應(yīng)為：C12H22O11+H20→C6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖為使水解反應(yīng)加速，反應(yīng)常以H3Oeq\o(\s\up6(+),\s\do2())為催化劑，故在酸性介質(zhì)中進(jìn)行水解反應(yīng)中。在水大量存在的條件下，反應(yīng)達(dá)終點(diǎn)時，雖有部分水分子參加反應(yīng)，但與溶質(zhì)濃度相比認(rèn)為它的濃度沒有改變，故此反應(yīng)可視為一級反應(yīng)，其動力學(xué)方程式為：lnC=-kt+lnC0式中：C0為反應(yīng)開始時蔗糖的濃度；C為t時間時的蔗糖的濃度。當(dāng)C=0.5C0時，t可用t1/2表示，即為反應(yīng)的半衰期。t1/2=ln2/k上式說明一級反應(yīng)的半衰期只決定于反應(yīng)速率常數(shù)k，而與起始無關(guān)，這是一級反應(yīng)的一個特點(diǎn)。蔗糖及其水解產(chǎn)物均為旋光物質(zhì)，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行時，如測定體系的旋光度的改變就可以量度反應(yīng)的進(jìn)程。而溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的種類、濃度、液層厚度、光源波長及反應(yīng)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[α]這一概念，并表示為：[α]eq\o(\s\up6(20),\s\do2(D))=α*100/(L*CA)式中：20為實(shí)驗(yàn)時溫度20℃；D為所用鈉燈光源D線，波長589nm，α為旋光度；L為液層厚度（dm）；C為濃度（g*100mLeq\o(\s\up6(-1),\s\do2())），當(dāng)其他條件不變時，即：A=K’C(K’在一定條件下是一常數(shù))。且當(dāng)溫度及測定條件一定時，其旋光度與反應(yīng)物濃度有下列關(guān)系：反應(yīng)時間為0時:α0=β反C0(1)反應(yīng)時間為t時:αt=β反C+β生（C0-C）(2)反應(yīng)時間為∞時:α∞=β生C0(3)聯(lián)立以上三式：[（1）-（3）]/[（2）-（3）]代入式（4）中，得：ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)由上式可以看出，以ln(αt-α∞)對t作圖可得一直線，由直線斜率即可求得反應(yīng)速度常數(shù)k，由截距可得到α0值。三、實(shí)驗(yàn)步驟：1、儀器裝置2、旋光儀的零點(diǎn)校正根據(jù)蒸餾水為非旋光物質(zhì)，可以用蒸餾水來校正旋光儀的零點(diǎn)。打開光源，調(diào)節(jié)目鏡聚焦，使視野清晰，再旋轉(zhuǎn)檢偏鏡至能觀察到三分視野暗度相等為止。記下檢偏鏡的旋光度α，重復(fù)測量數(shù)次，取其平均值。此平均值即為零點(diǎn)，用來校正儀器系統(tǒng)誤差。3、反應(yīng)過程的旋光度的測定在錐形瓶中稱取20g蔗糖，加入100ml蒸餾水，使蔗糖完全溶解，用移液管移取蔗糖溶液25ml,注入預(yù)先清潔干燥的50ml試管內(nèi)并加蓋；用另一支移液管移取25ml4.00mol·dm-3的HCL溶液，置于另一支50ml試管內(nèi)加蓋。4、α∞的測定將余下反應(yīng)液置于50-60℃的水浴內(nèi)溫?zé)?0min,使其加速反應(yīng)至完全，然后取出，冷至試驗(yàn)溫度下測定旋光度，在10-15min內(nèi)，讀取5-7個數(shù)據(jù)，如在測量誤差范圍內(nèi)，取其平均值，即為α∞值。四、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄：時間t（min）123456789旋光度αt10.9510.009.508.608.307.607.356.906.50時間t(min)101112131415161718旋光度αt6.105.705.354.804.453.903.453.002.50時間t(min)202224262830323436旋光度αt2.001.350.900.650.00-0.20-0.70-1.00-1.25時間t(min)38404244464850旋光度αt-1.65-1.85-2.00-2.10-2.40-2.60-2.75時間t(min)135791113α∞-3.65-3.65-3.70-3.70-3.70-3.70-3.751、將反應(yīng)過程所測得的旋光度αt和對應(yīng)時間t列表，作出αt-t曲線圖。2、在αt-t曲線上，等間隔取8個（αt-t）數(shù)組，并通過計(jì)算，以㏑（αt-α∞）對t作圖，由直線斜率求反應(yīng)速率常數(shù)k并計(jì)算反應(yīng)半衰期t1/2。時間t612182430364248αt7.604.802.500.90-0.20-1.25-2.00-2.60㏑（αt-α∞）2.422.141.821.531.250.900.530.10所以k=0.054,t1/2=ln2/k=13min五、注意事項(xiàng)：⑴裝樣品時，旋光管管蓋旋至不漏液體即可，不要用力過猛，以免壓碎玻璃片。⑵在測定α∞時，通過加熱使反應(yīng)速度加快轉(zhuǎn)化完全。加熱溫度不要超過60℃。⑶由于酸對儀器有腐蝕，操作時應(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。⑷旋光儀中的鈉光燈不宜長時間開啟，測量間隔較長時應(yīng)熄滅，以免損壞。六、問題分析1.實(shí)驗(yàn)中，我們用蒸餾水來校正旋光儀的零點(diǎn)，在蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中，所測的旋光度αt是否需要零點(diǎn)校正?答：蔗糖溶液以蒸餾水作溶劑，故用純蒸餾水作零點(diǎn)校正。蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中，無須再作零點(diǎn)校正，因都以蒸餾水作校正，只需校正一次。2.配置蔗糖溶液時稱量不夠準(zhǔn)確，對測量結(jié)果是否有影響？答：有，當(dāng)蔗糖稱量過大時，使蔗糖濃度變大，蔗糖水解速率測量結(jié)果會偏大；反之則偏小。3.在混合蔗糖溶液和鹽酸溶液時，我們將鹽酸加到蔗糖溶液中，