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1、实验一 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数,一、实验目的与要求,1.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 2.了解该反应反应物的浓度与旋光度之间的关系。 3.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法及其在化学反应动力学测定中的应用。,二、实验重点与难点,1.蔗糖转化反应的速率常数和半衰期的计算。 2.旋光仪的使用方法。,三、实验原理,蔗糖水溶液在有H+离子存在时，将发生水解反应生成葡萄糖与果糖，其反应为 C12H22O11（蔗糖）+H2O C6H12O6（葡萄糖）+C6H12O6（果糖） 这是一个二级反应，在纯水中该反应的反应速率极慢， 通常需要在H+离子的催化作用下进行。由于反应中水是大量存在的，
2、尽管有部分的水分子参加了反应，但反应 中水的浓度变化极小，仍可近似认为整个反应中水的浓 度是恒定的，而H+作为催化剂，其浓度也始终保持不变。因此，蔗糖在酸性条件下的水解反应可看近似看 作一级反应。其动力学方程式为: （1）,将（1）式积分可得 （2） 反应的半衰期 ： （3） 溶液的旋光度与溶液所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件固定时，旋光度与反应物浓度呈线性关系，即 （4） 为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度这一概念，比旋光度可表示为 （5）,反应物蔗糖是右旋性物质，其比旋光度为66.6；生成物中的葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度为52.
3、5，果糖是左旋性物质，比旋光度为91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈现左旋性质。因此随着反应的不断进行，体系的右旋角将不断减少，在反应进行到某一瞬间时，体系的旋光度恰等于零，随后为左旋角逐渐增大，直到蔗糖完全转化，体系的左旋角达到最大值。由于反应是不断进行的，要快速分析反应物的浓度很困难。因此，可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来度量反应进程。,设体系最初的旋光度为： ( t=0,蔗糖尚未转化) （6） 体系最终的旋光度： ( ,蔗糖已完全转化) （7） 当时间为t时刻时，蔗糖浓度为c，此时体系的旋光度为 ，即 （8） 将（6）、（7）、（8）式联立可解得： （9
4、） (10),将（9）式、（10）式代入（2）式中即得 （11） 显然，以 对t作图，可得一直线，从直线的斜率即可求出反应速率常数。 本实验是用旋光仪来测定反应体系的 、 值，由（11）式求得蔗糖水解反应的反应速率常数，继而再求出半衰期。,四、实验仪器及药品,WZZ-2A自动旋光仪 1台 天平 1台 磨口塞锥形瓶（100mL） 1个 漏斗架、漏斗 1套 烧杯（50mL） 2个 烧杯（150mL）1个 秒表 1个 移液管（mL） 2支 盐酸溶液（4.00mol/L） 蔗糖（分析纯）,五、实验操作步骤,1.旋光仪的校正 去离子水为非旋光性物质，可用来校正旋光仪。校正时，首先应将旋光管洗净，然后再将
5、旋光管的两端分别加上玻璃窗片和橡皮垫圈，最后将螺丝帽盖盖上，使玻璃片紧贴住样品管口，从旋光管中部的开口处向管内灌满蒸馏水，此时管中若有气泡存在，则应尽量将气泡赶至旋光管中部的开口处，使旋光管中不存在气泡。在旋紧螺丝帽盖时，不宜用力过猛，以免将玻璃窗片压碎，旋光管的螺丝帽盖不宜旋得过紧，以防产生应力而影响读数的正确性。随后用滤纸将管外的水吸干，样品管两端的玻璃窗片用擦镜纸擦干净，然后将旋光管放入旋光仪的样品室中，盖上箱盖，待小数稳定后，按清零按钮清零。待数显框中出现零时，再按下“复测”键钮，数显框中再次出现零，重复上述操作三次，待示数稳定后，即校正完毕。注意，每次进行测试时样品管安放的位置和方向
6、都应当保持一致。,3.溶液的配制 在天平上称6克蔗糖，将其置于150mL烧杯中，加入30mL去离子水，使蔗糖完全溶解，若溶液混浊，则要过滤。用移液管移取25mL上述蔗糖溶液注入到100mL的磨口锥形瓶中。 4.反应过程中旋光度的测定 用移液管移取25mL盐酸溶液转移到盛25mL蔗糖溶液的100mL磨口锥形瓶中，当盐酸溶液加入一半时，记下反应开始的时间，迅速进行混合，使之混合均匀后，立即取少量的反应液荡洗旋光管两次，然后将反应液盛满在旋光管中，进行旋光度测量。此时，样品的放置要与零点校正时放置的位置和方向一致，测量各时刻的旋光度。第一个数据的测定要在离反应开始12min内进行；前20min内，以
7、1次/min的间隔记录数据；20min以后，以1次/4min的间隔记录数据，直到旋光度为负值为止。,5. 的测量 为了得到 ，可将剩余反应液放置48h后，在相同实验温度下进行测定。也可将剩余反应液置于5060左右的水浴中温热40min，以加速水解反应至完全，然后取出冷却至相同实验温度下再进行测定。在1015min内读取5个数据。若在测量误差范围内（0.1），则取其平均值，该平均值即为 。,六、数据处理,1.将实验数据记录于表1中。 2.以 对t作图，可得一直线，从直线的斜率即可求出反应速率常数，并计算反应半衰期。,七、思考题,1、配制蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果有否影响？ 2、在混合蔗糖和盐酸溶液时，我们将盐酸溶液加入到蔗糖溶液里去，可否将蔗糖溶液加入到盐酸溶液中去？为什么？,