實(shí)驗(yàn)七-旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)(新)

實(shí)驗(yàn)三旋光法測(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)和半衰期。3.了解旋光儀的基本原理，掌握其使用方法。二、基本原理蔗糖在水中轉(zhuǎn)化成葡萄糖和果糖，其反應(yīng)為：C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6 （蔗糖）（葡萄糖）（果糖）它是一個(gè)二級(jí)反應(yīng)，在純水中此反應(yīng)的速率很慢，通常需要在H+離子催化作用下進(jìn)行。由于反應(yīng)時(shí)水是大量存在的，盡管有部分水分子參加了反應(yīng)，仍可近似地認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)中水的濃度是恒定的；而且H+是催化劑，其濃度也保持不變。因此蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)可看作是準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)。一級(jí)反應(yīng)的速率方程可由下式表示：–=(1)CA為時(shí)間時(shí)反應(yīng)物的濃度，為反應(yīng)速率常數(shù)。積分可得：(2)式中，CA,0為反應(yīng)物的初始濃度。當(dāng)CA=1/2CA,0時(shí)，t可用t1/2表示，即為反應(yīng)的半衰期。由(2)式可得:

(3)從上式可以看出，在不同時(shí)間測(cè)定反應(yīng)物的相應(yīng)濃度，并以對(duì)作圖，可得一條直線，由直線的斜率可求得反應(yīng)速率常數(shù)，由于反應(yīng)是不斷進(jìn)行的，要快速分析出反應(yīng)物的濃度是很困難的。但蔗糖及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同，故可利用體系在反應(yīng)進(jìn)程中旋光度的變化來度量反應(yīng)的進(jìn)程。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的旋光能力、溶劑性質(zhì)、溶液濃度、樣品管的長(zhǎng)度及溫度均有關(guān)系。當(dāng)其它條件均固定時(shí)，旋光度α與反應(yīng)物濃度呈線性關(guān)系，即α=βc（4）式中比例常數(shù)與物質(zhì)旋光能力、溶劑性質(zhì)、樣品管長(zhǎng)度、溫度等有關(guān)。作為反應(yīng)物的蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]=66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋光性物質(zhì)，其比旋光度[α]=52.5o，但果糖是左旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]=-91.9o。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性質(zhì)。因此隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系的右旋角不斷減小，反應(yīng)至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至完全轉(zhuǎn)化，這時(shí)左旋角達(dá)到最大值α∞。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，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，，表示。αt=β蔗c+(β葡+β果)（c0-c）（5）α∞=(β葡+β果)c0（6）由以上三式可得c0=（α0-α∞）｛β蔗-(β葡+β果)｝-1(7)c=（αt-α∞）｛β蔗-(β葡+β果)｝-1(8)將式(7)、（8）代入式（2）并整理得經(jīng)聯(lián)立方程可推導(dǎo)出：)顯然，以對(duì)作圖可得一直線，直線斜率即為-。三、儀器、試劑WZZ-3型自動(dòng)旋光儀 移液管（25ml）恒溫水浴 蔗糖（分析純）容量瓶（50ml） HCl（4.00N）錐形瓶（150ml） 燒杯（50ml）四、實(shí)驗(yàn)步驟自動(dòng)旋光儀的使用將儀器電源插頭插入220V交流電源，打開儀器右側(cè)的電源開關(guān)，這時(shí)鈉光燈應(yīng)啟輝，需經(jīng)5分鐘鈉光燈才發(fā)光穩(wěn)定。將儀器右側(cè)的光源開關(guān)向上扳到支流位置，直流燈點(diǎn)亮后按“回車”鍵這時(shí)液晶顯示屏即有MODELCn選項(xiàng)顯示（MODE為模式，C為濃度，L為旋光管長(zhǎng)度dm，n為測(cè)試次數(shù)；默認(rèn)值：MODE：1；L：2.0；C：0；n：1）。MODE1即為旋光度測(cè)試，所以在測(cè)試中無需改變參數(shù)的設(shè)置。MODE2：比旋度；MODE3：濃度；MODE4：糖度；2.旋光儀的零點(diǎn)校正蒸餾水為非旋光性物質(zhì)，可以用來校正旋光儀的零點(diǎn)。校正時(shí)，先洗凈樣品管，再在這種情況下，反應(yīng)速率可表示為，其中。因此，H2O的高濃度和不變是蔗糖水解表現(xiàn)為一級(jí)反應(yīng)的條件，這種一級(jí)反應(yīng)為“準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)”（或稱“假一級(jí)”反應(yīng)）。9.如果沒有數(shù)據(jù)（或者反應(yīng)未趨完全），是否也能求得反應(yīng)速率常數(shù)？解：可以。把在t和t+（代表一定的時(shí)間間隔）測(cè)得分別用和表示，則有=（）（4）=（）（5）（4）式-（5）式—=（）（1—）取對(duì)數(shù))=（6）從（6）式可看出，只要保持不變，右端第一項(xiàng)為常數(shù)，從)對(duì)t作圖所得直線的斜率即可求得。 可選為半衰期的2～3倍，或反應(yīng)接進(jìn)完成的時(shí)間之半。本實(shí)驗(yàn)可取=30min，每隔5min取一次讀數(shù)。取=30min，每隔5分鐘取一次數(shù)據(jù)，列出記錄表格。t/min/(°)（t+）/min/(°)-ln（—）53510401545205025553060

10.數(shù)據(jù)處理示例[4]表1列出的是一組蔗糖水解反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。表l旋光度與反應(yīng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(實(shí)驗(yàn)溫度為室溫t︽20℃，α∞t/min345678910111213αtt/min1415202530354045506