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1、H+ 浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定08化教吴英、罗群一实验目的1. 了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法；2. 了解反应物浓度与旋光度之间的关系；3. 利用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数与半衰期；4. 探究 H+浓度对蔗糖转化反应速率影响。二实验原理蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖：H+C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6（蔗糖） （葡萄糖） （果糖）蔗糖水解反应是一个二级反应， 但由于水是大量存在的， 在反应 过程中可以认为浓度不变， 在反应过程中的氢离子是一种催化剂， 也 可以认为浓度不变，由此，蔗糖水解反应可作为一级反应来处理。如果以 c 表示到达 t 时
2、刻的反应物浓度， k 表示反应速率常数， 则一级反应的速率方程为：-dc / dt=kt对此式积分可得：ln c =-kt +ln c0式中 c为反应过程中的浓度， c0为反应开始时的浓度。 当 c=c0/ 2 时，时间为 t 1/2，称为半衰期。代入上式，得：t1/2= ln2 / k = 0.693/ k测定反应过程中的反应物浓度， 以 ln c 对 t 作图， 就可以求出反 应的速率常数 k。在这个反应中，利用体系在反应进程中的旋光度不 同，来度量反应的进程。用旋光仪测出的旋光度值， 与溶液中旋光物质的旋光能力、 溶剂 的性质、溶液的浓度、温度等因素有关，固定其它条件，可认为旋光 度 与
3、反应物浓度 c 成线性关系。物质的旋光能力用比旋光度来度量：蔗糖的比旋光度 D20=66.6 °，葡萄糖的比旋光度 D20=52.5 °，蔗糖和 葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但果糖的比旋光度比葡萄糖大，果 糖是左旋性物质，它的比旋光度为 D20=-91.9 。°因此，在反应过程 中，溶液的旋光度先是右旋的，随着反应的进行右旋角度不断减小， 过零后再变成左旋，直至蔗糖完全转化，左旋角度达到最大。当 t=0 时，蔗糖尚未开始转化，溶液的旋光度为：0 = 反应物 c0 1当蔗糖已完全转化时，体系的旋光度为： = 生成物 c0 2此处， 为旋光度与反应物浓度关系中的比例
4、系数。时间 t 时，蔗糖浓度为 c，旋光度应为： t = 反应物 c + 生成物 (c0 - c) 3由1、2式：由2、3式：代入 ln c =-kt +ln c0 式，可得：ln (t - ) = -kt +ln (0 - )根据实验测得的反应过程中的旋光度值计算 ln (t - ) ，再 对时间作图，可得一条直线，根据直线斜率可求得反应速率常数。三仪器，试剂 仪器：旋光仪 1台，超级恒温槽 1台，锥形瓶，移液管，烧杯， 100容量瓶，玻璃棒，托盘天平。试剂：蔗糖( AR)，盐酸溶液( 12.0mol/L )，蒸馏水。四实验步骤1. 了解旋光仪的原理与使用方法。2. 安装仪器，将恒温槽调节到
5、( 25.0 0.1)。3. 旋光仪的零点校正。4. 配置100 1.2mol/LHCl ， 2.4mol/LHCl ，3.6mol/L HCl ，4.8 mol/L HCl ，6 mol/L HCl 溶液。5. 配置蔗糖水溶液：称取 50克蔗糖加入锥形瓶中，再加入 250mL 蒸馏 水，是蔗糖完全溶解，若溶液浑浊，则需要过滤。6. 用移液管分别移入 50.00 mL 蔗糖溶液和 50.00 mL6.0mol/L HCl ， 50.00 mL4.8mol/L HCl ，50.00 mL3.6mol/L HCl ，50.00 mL2.4mol/L HCl, 50.00 mL1.2mol/L HC
6、l 溶液于锥形瓶，置于超级恒温器中恒温 10 min 以上。7. 反应过程中旋光仪的测定将6.0mol/LHCl 溶液倒入蔗糖溶液， 同时记下反应开始的时间。 用少量混合溶液荡洗旋光管，然后装满旋光管，盖好 (要求管内没有气 泡)，反映开始后的 15min 内，每隔 1min 测量一次，然后由于反应物 的浓度的降低而使反应速率变慢，此时可将每次测量的时间间隔放 宽，一直到反应时间为 50min 为止。8. 测完全反应时的旋光度：将含有剩余混合液的试管置于 55水浴中加热 40 min，使其中 蔗糖完全反应。将反应液冷却至实验温度，加入旋光管中，在恒温槽 中恒温 10 分钟，测定其旋光度，作为
7、值。9. 不同浓度 HCl溶液旋光度的测量： 将不同浓度 HCl溶液分别倒入蔗 糖溶液重复步骤 7，8。五实验数据及其处理过程tat对t 的工作曲线 (at- a )对 t 的工作曲线1.HCl 的浓度为： 6mol/Lt/min9101112131415161922at6.1125.7205.4045.0884.7864.5044.2223.9443.0842.590t/min252831343740434649at1.8721.2880.7380.306-0.212-0.656-1.078-1.402-1.818at 对 t 的数据记录表 a的测量值： -4.848 、-4.848 、 -
8、4.848 、-4.848 、-4.848at对 t的曲线上等间隔 8个( att)数组表t/min13.51720.52427.5313538.5at4.6593.6442.8412.1521.4020.7350.144-0.439ln(at- a )2.2522.1392.0401.9461.8331.7201.6081.484-1-k=-0.0299 min k=0.0299 mint1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.0299=23.177min2. HCl 的浓度为： 4.8mol/Lat 对 t 的数据记录表t/min56789101112at11.13210.4861
9、0.32010.1009.8249.6529.3589.166t/min1314151821242730at8.9108.6928.4927.7587.1026.4725.8525.272t/min33363942454851at4.6644.0923.5862.9502.5002.2862.064a的测量值： -4.724 、-4.724 、 -4.724 、-4.724 、 -4.724at对 t 的工作曲线t (at- a ) 对 t 的工作曲线at 对 t 的曲线上等间隔 8 个( at t)数组表-k=-0.01819 min-1k=0.01819 min-1t/min1014182
10、226303438at9.5748.6387.7506.9076.0745.7224.5373.750ln(at- a )2.6412.5782.4752.3992.3222.2462.1572.065t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.01819=38.098 min3. HCl 的浓度为： 3.6mol/Lat 对 t 的数据记录表t/min2345678910at12.23012.01211.84611.71611.41211.33011.11810.99010.760t/min111213141518212427at10.63410.42610.27810.0689.84
11、89.3188.8768.2867.816t/min3033363942454850at7.2666.7206.3325.8005.3724.9344.4744.146at对 t 的工作曲线a的测量值： -4.824 、-4.824 、 -4.824 、-4.824 、-4.824 、 (at- a ) 对 t 的工作曲线2.752.702.652.602.552.502.452.402.3512141618 20 22 24 26 28 30 32 34 36 3840at 对 t 的曲线上等间隔 8 个( att)数组表t/min1014182226303438at10.97510.079
12、9.3138.6908.0177.2926.5775.997ln(at- a )2.7602.7022.6492.6042.5532.4952.4342.381-1-1-k=-0.0134 mint1/2=0.693/kk=0.0134 mint1/2=0.693/0.0134=51.716 min4. HCl 的浓度为： 2.4mol/Lat 对 t 的数据记录表t/min34567891011at12.59212.49012.38612.27812.17212.06811.95811.85211.750t/min121314151821242730at11.63211.40811.2941
13、1.18610.86810.51410.0789.7649.330t/min3336394245at9.0128.5808.2607.8367.518at对 t 的工作曲线a的测量值： -4.596 、-4.596 、 -4.596 、-4.596 、-4.596 、 (at- a ) 对 t 的工作曲线122.802.750 taa-ta(n40at 对 t 的曲线上等间隔 8 个( att)数组表t/min1014182226303438at11.86911.30310.89910.3589.8489.3648.8488.364ln(at- a)2.8012.7662.7412.7052.
14、6702.6362.5982.562-1-k=-0.00839 min-1t1/2=0.693/k-1k=0.00839 min-1t1/2=0.693/0.00839=82.598 min5. HCl 的浓度为： 1.2mol/Lat 对 t 的数据记录表a的测量值：-4.588 、-4.588 、 -4.588 、-4.588 、-4.588 、at对t 的工作曲线(at- a )对 t 的工作曲线2.84122.82t/min2345678910at12.71412.71412.71412.61012.61012.61012.51012.51012.510t/min11121314151
15、8212427at12.41012.41012.30612.30612.20412.10212.00211.79811.694t/min3033363942454850at11.49211.38811.18211.08210.97810.77410.67610.574at 对 t 的曲线上等间隔 8 个（ att）数组表t/min1014182226303438at12.48712.28512.09611.94911.73211.50511.31611.114ln(at- a)2.8382.8262.8142.8062.7922.7782.7662.754-1 -1-k=-0.00301 mi
16、n k=0.00301 mint1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.00301=230.232 min6.转化速率常数与氢离子浓度的关系CH+对 k 的数据记录表CH+(mol/l)1.22.43.64.86k0.003010.008390.01340.01820.0299k对 cH+的工作曲线根据图表数据可得关系式： k=0.0053 cH+-0.0045六、实验结果及其分析1.实验值与文献值的比较（温度为 25）C(HCl)/mol/L1.22.43.64.86实验值（1/min）0.003010.008390.01340.018190.0299C(HCl)/mol/L1.22
17、.63.34.35.8文献值（1/min）0.017460.037580.047900.059980.08223具体文献值未找到， 但是根据近似浓度的文献值， 可以得出实验值与 文献值相差很大。2.蔗糖的转化速率常数与 H+ 浓度的关系 根据实验结果，得出两者符合关系式： k=0.0053 cH+-0.0045 可知速率常数随着 H+ 浓度的增加而增加， 但是两者并不成正比关系七、误差分析1、HCl 的浓度为的配置不是太准确。2、反应时间的没有控制好（提前或推后记录数据）3、图表的读数误差八、实验的关键1、 因为温度会对反应有影响， 所以实验过程中温度的控制很关键。2、 本实验是探讨不同浓度的盐酸对蔗糖转化速率常数的影响，因 此要精确配置 HCl 的浓度。3、 放置旋光管上的玻璃片时，将玻璃片沿管口轻轻推上盖好，旋 紧套盖，确保不产生气泡。九、改进性实验1、实验过程中随着反应的进行，旋光管里的温度会降低从而影响速率常数的测定，因此可以在旋光管外加保温设施，降低温度的影响。