旋光法测量蔗糖水解反应速率常数

实验七旋光法测量蔗糖水解反应速率常数一、目的要求1. 了解旋光仪的基本原理。2. 了解反应物浓度与旋光度之间的关系。3. 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。二、基本原理蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：CH.OS蔗糖）+孔0一（耳夕 （葡萄糖）+CH“Oh （果糖）12 22 1126 12 66 12 6它是一个二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在日+离子催化作用下进行。 由于反应时水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可近似地认为 整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓度也保持不变。因 此蔗糖转化反应可看作为一级反应。一级反应的速率方程可由下式表示：dc/dt=kc.c=kc（1）式中c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。上式积分可得：lnc0-lnc= kt（2）c0为反应开始时反应物浓度。当c=1/2 c0时，时间t可用t1/2表示，即为反应半衰期：t1/2=（ln2）/k=0.693/k（3）从（2）式可看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc对t作图，可得 一直线，由直线斜率即可求得反映速率常数k。然而反应是在不断进行的，要快 速分析出反应物的浓度是困难的。但蔗糖及其转化产物，都具有旋光性，而且它 们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进 程。测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含物质的 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。当其它条件均 固定时，旋光度a与反应物浓度c呈线性关系，即a =a 20Dlc（4）作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度a 20d=66.6 ；生成 物葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度a 20d=52.5；但果糖是左旋性物质， 其比旋光度a 20d=91.9。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖的右旋性 大，所以生成物呈现左旋性质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小， 反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全 转化，这时左旋角达到最大值a 。设体系最初的旋光度为：a 0=p反（t=0,蔗糖尚未转化）（5）体系最终的旋光度为：a 8=B生c0（t=8，蔗糖已完全转化）（6）式（5）和（6）中6反和6生分别为反应物与生成物的比例常数。当时间为t时，蔗糖浓度为c,此时旋光度为at，即a t=P 反 c+（P 生c0-c）（7）由式（5）、（6）和（7）联立可解得：C0=（a 0一a 8/（B 反- P 生）=B 3 0一a 8（8）c = （a t -a 8）/（ p 反-p 生）=。（ a ta 8）将式（8）和（9）带入（2）式即得：ln （a 0a 8） - In （a t -a 8） = kt（10）显然，如以ln （a t -a 8）对t作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数 k。三、仪器试剂旋光仪移液管（25ml） 2支蔗糖（20g/10mL）HCl 溶液（4mol/L）锥形瓶（150mL）四、实验步骤1. 旋光仪的零点校正2. 反应过程的旋光度测定：20mL蔗糖一锥形瓶一20mL验算一混合均匀一润洗旋光管2 次一注满旋光管（剩余溶液置于低于60度的水浴）一擦干一赶气泡一测量旋光度并记 下时间（a 和J） 一没间隔约5分钟测量一次，共测量7组数据。3. a 8的测量：上述7组数据测量完成后，倒掉旋光管中未完全水解的溶液，取出置于 低于60度水浴的反应溶液，冷却至室温，用该溶液润洗2次旋光管，测量a 81，将 旋光管再置于低于60度水浴加热5分钟，取出并冷却后再次测量旋光度a 82，直至 两次测量的旋光度相等。五、数据处理：1. 原始记录2, 画如下表格时间t/min旋光度a/a -a t 8ln(a -a )7.3510.852.384.207.702.04t3=10.22.756.251.83t4=1491.905.401.69t5=20.11.104.601.53t6=25.30.504.001.39t7=30.1-0.203.301.198-3.500/3.作图t/min注意：1纵坐标和横坐标的名称和单位要标出2.作的直线应使图中的7个点均匀分布在直线两侧在直线上任取两点A和B，其坐标分别为(6.85,2.02)和(21.49,1.48)直线的斜率为：2.02 -1.48 = 0.54 =-00376.85 - 21.49 -14.64.2.02 -1.48所以反应的速率常数为：k=0.037(min-1) 半衰期t1/2ln2 = 0693 = 18.73(min)k 0.037六、思考题:1.2.时间t/min旋光度a/07.35t2=5.04.20t3=10.22.75W1.90t5=20.11.10t6=25.30.50t7=30.1-0.208-3.50原始记录姓名： 班级:学号:旋光法测量蔗糖水解反应速率常数反应温度15.3C