1、實驗九 旋光度法測定蔗糖轉化反應的速率常數和活化能 一、實驗目的1.了解蔗糖轉化反應體系中各物質濃度與旋光度之間的關系。2.測定蔗糖轉化反應的速率常數和半衰期。3.了解旋光儀的構造和使用方法。二、實驗原理蔗糖轉化反應為:C 12H 22O 11+H 2O C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6蔗糖 葡萄糖 果糖為使水解反應加速,常以酸為催化劑,故反應在酸性介質中進行。由于反應中水是大量的,可以認為整個反應中水的濃度基本是恒定的。而H +是催化劑,其濃度也是固定的。所以,此反應為準一級反應。其動力學方程和半衰期公式為,0lnC kt C =蔗糖蔗糖1/2ln 2t k=,0,C C 蔗糖

2、蔗糖可通過旋光儀測反應體系旋光度來求之。與體系中所含旋光性物質的旋光能力、濃度、溶劑的性質、樣品管長度、光源波長及溫度等因素有關。tD lC =式中,tD 為反映物質旋光能力的比旋光度,t 為實驗溫度(; D 為旋光儀所用的鈉光源波長(即589nm ;為旋光度; l 為樣品管長度(m; C 為濃度(kg·m -3。當其它條件不變時,旋光度與濃度C 成正比。即:KC =式中的K 是一個與物質旋光能力、溶劑性質、樣品管長度、光源波長、溫度等因素有關的常數。蔗糖的比旋光度tD =66.6、葡萄糖tD =52.5、果糖tD = -91.9°。隨水解反應的進行,右旋角不斷減小,最后經

3、過零點變成左旋,直至蔗糖完全轉化、左旋度達最大值。C 12H 22O 11+H 2O C 6H 12O 6 + C 6H 12O 600,t C =蔗糖,t t C x =蔗糖,0 x x ,0t =0C 蔗糖,0C 蔗糖,00E K C =蔗糖蔗糖,+ 0(t E K C x K x K x =+蔗糖蔗糖,葡萄糖果糖+ 00E K C K C =+葡萄糖蔗糖,果糖果糖,+x 則0t K K K =+葡萄糖果糖蔗糖(00K K K C =+葡萄糖果糖蔗糖蔗糖,(有000t xC =蔗糖,即 000t xC =蔗糖,000t x C =蔗糖,動力學方程,0lnC kt C =蔗糖蔗糖變為,000

4、00ln tC ktC C =蔗糖蔗糖,蔗糖, 0ln t kt=0ln(ln(t kt =+以ln(t 對t 作圖為一直線,由該直線的斜率即可求得反應速率常數k 。升高溫度測得另一溫度下的k ,代入下式112(ln a 112E T T k k RTT = 即可求出該反應的。a E 三、儀器與藥品1、儀器旋光儀1臺; 恒溫旋光管1只; 超級恒溫槽1套; 臺稱1臺; 停表1塊; 燒杯(250mL1個; 移液管(25mL2支; 帶塞三角瓶(150mL 2只。2、藥品HCl溶液(4mol·dm-3; 蔗糖(分析純。四、實驗步驟1、將恒溫槽調節到(25.0±0.1恒溫,然后在恒溫

5、旋光管中接上恒溫水。2、旋光儀零點校正 洗凈恒溫旋光管,將管子一端的蓋子旋緊,向管內注入蒸餾水,把玻璃片蓋好,使管內無氣泡存在。再旋緊套蓋,勿使漏水。用吸水紙擦凈旋光管,再用擦鏡紙將管兩端的玻璃片擦凈。放入旋光儀中蓋上槽蓋,打開光源,調節目鏡使視野清晰,然后旋轉檢偏鏡至觀察到的三分視野暗度相等為止,記下檢偏鏡之旋轉角,重復操作三次,取其平均值,即為旋光儀的零點,用來校正儀器的系統誤差。的測定3、蔗糖水解過程中t在用臺稱稱取20g蔗糖置于燒杯中,加100mL蒸餾水配成溶液(若溶液混濁則需過濾;用移液管取25mL蔗糖溶液置于100mL帶塞三角瓶中,移取25mL 4mol·dm-3HCl溶

6、液于另一100mL帶塞三角瓶中,一起放入恒溫槽內;恒溫10-15min后,取出兩只三角瓶,將HCl迅速倒入蔗糖中、并記時,來回倒3-4次,使之均勻后,立即用反應液蕩洗旋光管2次,將反應液裝滿旋光管(操作同裝蒸餾水相同。裝好、擦凈立刻置于旋光儀中,蓋上槽蓋,測量不同時間t時(蕩洗和裝樣只能用去一半的反應液;反應開始后2min內測溶液的旋光度t出第一個數據,以后每2min 讀一次。20min 后,反應物濃度降低、反應速率變慢,改為每5min 讀一次,一直測到反應時間為60min 為止(測定時要迅速準確,當將三分視野暗度調節相同后,先記下時間,再讀取旋光度。期間,將剩余的另一半反應液置于50-60的

7、公用水浴內溫熱待用。 4、的測定將已在50-60的公用水浴內溫熱40min 的反應液取出,然后冷卻至實驗溫度,按上述操作,在10-15min 內,讀取5-7個旋光度數據,如在測量誤差范圍內。則其平均值,可認為是。5、將恒溫槽調節到(30.0±0.1,按實驗步驟3、4測定30.0時的t 和。五、注意事項1、裝樣品時,旋光管管蓋旋至不漏液體即可,不要用力過猛,以免壓碎玻璃片。2、在測定時,通過加熱使反應速度加快轉化完全。但加熱溫度不要超過60,否則發生副反應(生成二糖而使溶液變黃。3、由于酸對儀器有腐蝕,操作時應特別注意,避免酸液滴漏到儀器上。實驗結束后必須將旋光管洗凈。4、旋光儀中的鈉光燈不宜長時間開啟,測量間隔較長時應熄滅,以免損壞。六、數據處理1、將實驗數據記錄于下表:室溫_ 大氣壓_Pa反應時間/min t t - ln(t 反應溫度: ;鹽酸濃度 ; : 2、以ln(t 對t 作圖,由所得直線的斜率求出反應速率常數k 。3、計算蔗糖轉化反應的半衰期 t1/2。 4、由兩