大学化学实验II实验报告——物理化学实验
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20## 年 月 日
第二篇:蔗糖水解反应速率常数的测定实验报告
蔗糖水解反应速率常数的测定
一. 实验目的
(1) 根据物质的旋光性质研究蔗糖水解反应,测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期;
(2) 了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系;
(3) 了解旋光仪的基本原理,掌握旋光仪的使用方法。
二. 实验原理
蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖,反应式如下:
C12H22O11+H2O → C6H12O6 + C6H12O6 (1)
(蔗糖,右旋) (葡萄糖,右旋) (果糖,左旋)
为使水解反应加速,常以H+为催化剂,故在酸性介质中进行。此反应的速度与蔗糖浓
度、水浓度和催化剂H+浓度。因此反应中水大量存在,且在终点时仍有水,故此反应可视
为一级反应,动力学方程为:
dcc-= kc 积分后得:ln = kt 或 ln ct = -kt + ln c0 (2) dtct
式中,c0 为反应开始的浓度,c为时间t的蔗糖浓度,k为水解反应时的速度常数。
从(2)式可看出在不同的时间测定反应物的农地,并以ln ct对t作图得一直线,由直
线斜率即可求出反应速率常数k。
由于蔗糖是右旋的,水解混合物是左旋的,偏振面的转移角度称为旋光度,以α表示。
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、光源波长及反应时的温度等
因素有关。当其他条件固定时,旋光度α与反应物浓度c呈线性关系: α = βc (3) 式
中β与物质的旋光能力、溶液厚度、溶剂性质、光源波长、反应温度等有关系的常数。物质
的旋光能力用比旋光度【α】来表示。蔗糖是右旋性物质,葡萄糖也是右旋性物质,果糖是
左旋性物质,它们的比旋光度为 :
0℃ 0℃0℃【α蔗】D2= 66.65°,【α葡】D2= 52.5°,【α果】D2 = -91.9°(4)正值右旋,负值左
旋,D:钠光灯源
旋光度与浓度成正比,且溶液的旋光度为各组成旋光度之和。若以α0 ,αt,α∞分别为
反应时间0,t,∞时溶液的旋光度,则可到处: c0 ∝ (α0 -α∞),ct ∝ (αt -α∞) (5) 上式中ln(αt -α∞)对t作图,所得直线的斜率即可求得反应速度常数k。
ln 20.693一级反应式的半衰期则用下式求取: t1/2 = kk
三. 仪器和试剂
旋光计(带旋光管)、超级恒温水浴,普通水浴锅、锥形瓶(100ml)、移液管(25ml),
秒表、2mol/LHCl溶液、蔗糖。
四. 操作步骤
1.实验准备
(1)用台秤粗称蔗糖10g,放入锥形瓶中,准确移入50mL蒸馏水,搅拌,使蔗糖溶
解备用。
(2)将恒温水浴调节到25℃恒温(夏天适当调高,并可将反应溶液按50mL蔗糖溶液
加25mLHCl溶液配制),然后将旋光管口外套接上恒温水。
2.旋光仪零点调节
在旋光管中注入纯水,放入旋光仪暗箱中,开启旋光仪电源预热10min,待钠光灯稳定
后,开启测量开关,光频显示值应为00.000,若显示值不为00.000,可按清零键使其归零。
3.蔗糖水解过程中αt的测定
用移液管取25mL蔗糖溶液,50mL2mol/L HCl溶液,分别注入两个100mL干燥的锥形瓶中,并将此二锥形瓶同时置于恒温槽中恒温10~15mi,待恒温后,取25mL2mol/L的HCL溶液加到盛有蔗糖溶液的锥形瓶中混合,并在HCl溶液加入到一半时开动秒表作为反应的开始时间(注意:秒表一经启动,勿停,直至实验完毕),不断震荡摇动锥形瓶,迅速取少量混合液清洗旋光管2次,然后以此混合液注满旋光管,盖好玻璃片,旋紧套盖(检查是否漏液,有气泡),檫洗旋光管两端的玻璃片,立刻置于旋光仪中,盖上箱盖,仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。反应开始第2min时读取第一个数据,第5min是读取第二个数据,之后每5min读取一次数据,一直测量到旋光度为负值为止或一直做到反应90min为止。 4.α∞的测定
在进行第3步的同时,将步骤3中剩余的混合液置于60~70℃水浴内恒温60min以上,使其加速反应至完全,然后取出,冷却至水浴温度,测其旋光度,此值即可认为是α∞
五. 数据记录与处理
(1)完成上表,用ln(αt—α∞)对t作图,由直线斜率求出反应速率常数k(直线斜率
的相反数即为速率常数k)。
(2)计算反应的半衰期t1/2.。t1/2 = ln 20.6930.693 = kk0.0138
六.思考题
(1)蔗糖溶液为什么可以粗略配制?
答:因为蔗糖的初始浓度对实验测定结果没有影响
(2)蔗糖的转化速度和哪些因素有关?
答:蔗糖的转化速度与盐酸的浓度、蔗糖溶液的浓度、温度等有关
(3)反应开始时,为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中,而不是相反?
答:因为盐酸溶液稀释的时候会放出大量的热