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一、 实验目的1. 根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应速度常数。2. 了解旋光仪的基本原理、掌握使用方法。二、 基本原理3. 蔗糖的转化为一级反应蔗糖在H+催化作用下水解或葡萄糖和果糖，反应方程式为：CHO + HOCHO + CHO蔗糖 葡萄糖 果糖由于在较稀的蔗糖溶液中，水是大量的，反应过程中水的浓度可以认为不变，因此在一定酸度下，反应速度只与蔗糖的浓度有关，而反应速度与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应，故蔗糖的转化反应视为一级反应。(1)反应速度公式和半衰期反应速度常数，为单位浓度是的反应速度,反应速度。也可以写为 反应时间，为时间 时蔗糖的浓度。不定积分： ，B积分常数，当时，蔗糖的起始浓度，代入上式可得定积分式当反应进行一半所用的时间称为半衰期，用t1/2表示，则 解得 （2）一级反应有三个特点： k的数值与浓度无关，量纲：时间-1，常用单位，等。 半衰期与反应物起始浓度无关。 以 对 作图应得一直线，斜率为，截距为。由此可用作图法求得直线斜率，计算反应速度常数斜率。2.反应物质的旋光性蔗糖及其水解产物葡萄糖，果糖都含有不对称碳原子，它们都具有旋光性，即都能使透过他们的偏振光的振动面旋转一定的角度，此角度称为旋光度，以表示。蔗糖，葡萄糖能使偏振光的振动面按顺时针方向旋转，为右旋物质，旋光度为正值。果糖为左旋物质，旋光度为负值，数值较大，整个水解混合物是左旋的。所以可以通过观察系统化反应过程中旋光度的变化来量度反应的进程。量度旋光度的仪器称旋光仪，旋光仪的原理方法将专门讲解。2.1旋光度与比旋光度溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源的波长以及反应时的温度因素有关。 为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度这一概念，并以下式表示： （1）式中： 为实验时的温度；为所用光源的波长；为旋光度；为液层厚度（常以10cm为单位）；为浓度（常用100溶液中溶有克物质来表示），式（1）可写成： （2） 或 （3） 由（3）式可以看出，当其他条件不变时，旋光度与反应物成正比，即式中：是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关系的常数。蔗糖是右旋性物质（比旋光度66.6），产物中葡萄糖也是右旋性物质（比旋光度52.5），果糖是左旋性物质（比旋光度-91.9）。因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时体系将经过零变成左旋。 2.2旋光度变化与浓度变化的对应关系蔗糖水解反应中，反应物与生成物都有旋光性，旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各旋光度的和（加和性）。若反应时间为0，t,时溶液旋光度各为，。可推导出：， 为开始时蔗糖的右旋角；为反应进行到 时的混合物的旋角； 为水解完毕时的左旋角。可用（）代表蔗糖的总量，（）代表时的蔗糖量。简单的推导证明方法可以如图示看出正比， 正比3.反应速度常数k的求法以ln(at-a)对t作图,由图所得直线斜率求k值，进而求半衰期t1/2。三、 仪器和试剂仪器：旋光仪，停表，恒温水浴一套，移液管（50ml），磨口锥形瓶（100ml，烧杯（100ml），台秤，洗耳球。药品：蔗糖（AR），盐酸（3moldm-3）。四、 实验步骤1、将恒温槽调节到25C恒温，称取10克蔗糖溶于水中，用50ml容量瓶配成溶液。用移液管移取25ml 蔗糖溶液溶于锥形瓶中，然后放入恒温水浴中10分钟。另同样取25ml盐酸溶液放入恒温槽中。2、校正旋光度仪零点。打开旋光度仪器预热几分钟，旋光管内注满蒸馏水，旋紧套盖，用纸擦净两端玻璃片，放入旋光仪内，盖上槽盖。调节目镜使视野清晰。然后旋转检偏镜能观察到明暗相等的三分视野为止，记下刻度盘读数，重复操作三次，取其平均值，此即为旋光仪零点。测毕取出旋光管，倒出蒸馏水。3、蔗糖水解过程中的测定 从恒温槽中取出蔗糖溶液，将25ml 2mol/L HCl溶液加入蔗糖溶液使其混合均匀。取加入一半HCl时作为反应开始时间，迅速取少量混合液清洗旋光管两三次。然后注满旋光管，测量各时间t时溶液的旋光度。分别测得时间为5、10、15、20、25、30、40、50、60分钟 时的旋光度。4、 的测定将反应剩余的混合液置5060 C的热水浴中，温热30分钟，以加速转化反应的进行，然后冷却，再恒温至25C，测旋光度，此值即为反应终了时的旋光度。5、实验结束时，立刻将旋光管洗净干燥，以免酸对旋光管的腐蚀。五、 数据记录和处理实验温度 27.5 HCl浓度 3moldm-3 零点 12.90 -4.95 1.实验数据填入下表反应时间/minatat-aln(at-a)k510152025304050609.057.405.954.903.152.050.15-1.20-1.9014.0012.3510.909.858.107.005.103.753.052.6392.5142.3892.2872.0921.9461.6291.3221.1150.028862.以ln(at-a)对t作图线性拟合得，k=0.028863. 计算反应的半衰期t1/2t1/2=24.02min六、 实验讨论1. 蔗糖水解在酸性介质中进行，H+为催化剂，故反应是一复杂反应，反应的计算方程式显然不表示此反应的机理反应并不是因为水的浓度变化可忽略而视为一级。本反应视为一级反应完全是实践得出的结论。2. 速度常数k与浓度有关，所以酸的浓度必须精确，以保证反应体系中H+浓度与实验要求的相一致。3. 温度对速度常数k的影响不容忽视，在测定时，每测完一次，将旋光管置于25C的恒温槽水浴中恒温，待下次测量时拿出。4. 在放置旋光管上的玻璃片时，将玻璃盖片沿管口轻轻推上盖好，再旋紧套盖，勿使其漏水或产生气泡。5. 旋光仪使用中，若两次测定中间间隔时间较长，则应切断电源，让灯管休息一会，在下次使用提前10分钟再开启。6. 对三分视野的明暗判断影响实验值的精度，因此要求判断时尽可能作到快而准。七、思考讨论题：1. 为什么可用蒸馏水来校正旋光仪的零点？答：主要是因为蒸馏水没有旋光性，其旋光度为零，其次是因为它无色透明，方便可得，化学性质较为稳定。2. 在旋光度的测量中为什么要对零点进行校正？它对旋光度的精确测量有什么影响？在本实验中若不进行校正对结果是否有影响？答：旋光仪由于长时间使用，精度和灵敏度变差，故需要对零点进行校正。若不校正会使测量值的精确度变差，甚至产生较大的误差。本实验数据处理时，用旋光度的差值进行作图和计算，仪器精度误差可以抵消不计，故若不进行零点较正，对结果影响不大。3. 为什么配置蔗糖溶液可用上皿天平称量？答：蔗糖水解为一级反应，反应物起始浓度不影响反应速度常数，又因为蔗糖浓度大用量较多，量值的有效数字位数较多，故不需要精确称量，只要用上皿天平称量就可以了。
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