蔗糖水解速率常数的测定实验报告.doc

蔗糖水解速率常数得测定
一． 实验目得:
1、测定蔗糖水溶液在H+催化下转化反应得速度常数与半衰期。
2、掌握旋光仪得使用。
二． 实验原理:
蔗糖水解反应式为:

蔗糖 葡萄糖 果糖
H+就是催化剂,如果无H+存在,反应速度极慢,此反应就是二级反应。但由于反应时水就是大量存在得,整个反应过程中水得浓度可近似为恒定,因此可视为准一级反应,反应速度方程如下:
(18-1)
式中CA为t时刻得蔗糖浓度,为反应速度常数。
若令蔗糖起始浓度为CA、0,(18-1)式积分得:
(18-2)
由于蔗糖、葡萄糖与果糖都含有不对称得碳原子,它们都就是旋光性物质,但它们得旋光能力各不相同,其中蔗糖右旋,比旋光度,葡萄糖右旋,比旋光度,果糖左旋,比旋光度,所以随着反应得进行,物质得旋光度不断变化,由右旋逐渐变为左旋,故可利用体系在反应过程中旋光度得变化来量度反应得进程。
旋光度得测量可使用旋光仪(见第2章 常用仪器简介 2、6、旋光仪)。当样品管长度,光波波长、温度、溶剂等其她条件都不变时,溶液旋光度α与其中旋光性物质浓度C呈线性关系。
(18-3)
式中比例常数K与物质得旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度等有关。
旋光度只有相对含义,它因实验条件得不同会有很大得差异。物质得旋光能力可用比旋光度来度量,比旋光度用下式表示:
(18-4)
式中:20为实验时得温度20℃;D就是指所用钠光灯源D线,波长为589nm;为测得得旋光度(单位:度);为样品管得长度(单位:厘米);C为浓度(单位:克/mL)。
设反应初始时即t=0时,蔗糖得浓度为CA,O,当时间为t时,蔗糖得浓度为CA 。则
(t=0,蔗糖尚未水解) (18-5)
(t=∞,蔗糖完全转化) (18-6)
(18-5)、(18-6)式中与分别为反应物与生成物得比例系数。
而当t=t时,
(18-7)
由(18-5)、(18-6)、(18-7)式可以解得:
(18-8)
(18-9)
将(18-8)、(18-9)两式代入(18-2)式,整理得:
(18-10)
由(18-10)式可以瞧出,以lg(αt-α∞)对t作图为一直线,斜率,可求得反应速度常数k,半衰期也可求得。
三． 实验步骤:
1.调节空气恒温箱温度在25℃,用蒸馏水校正旋光仪得零点,熟悉旋光仪得调节与读数。
2.将蔗糖溶液、3、0mol·L-1HCl溶液、反应完毕液(为节省同学时间,相同得反应完毕液实验室已准备好。方法就是室温下静置24小时以上或于50℃恒温2个小时)分别置于锥形瓶中,放在已调节到25℃得恒温槽中恒温。
3.用移液管吸取已恒温得10、00mL蔗糖溶液至干燥得锥形瓶中,再用另一支移液管吸取已恒温得10、00mL3、0 mol·L-1HCl溶液加入其中(HCl溶液流出一半时即按下秒表开始记时)。迅速混合均匀,并用少量此溶液冲洗10cm长得样品管二次,然后将反应液充满样品管,盖好盖子并擦干样品管外部,立即将样品管放入旋光仪,调节至三分视界消失、暗度相等,先准确记下时间,再读取此时得旋光度读数。开始得20分钟内每2分钟测取一次读数,此后随着反应速度变慢,可将时间间隔逐渐适当放长,每3~5分钟测取一次读数,大约连续测量1、5小时,读数间隔时间如较长,可暂时关闭光源。
4.如上法测定实验温度下反应完毕液得旋光度α∞ 。
注意事项:
1.样品管通常有10厘米与20厘米两种长度,一般选用10厘米长度得,这样换算成比旋光度时较方便。但对于旋光能力较弱或溶液浓度太稀得样品,需用20厘米长得样品管。
2.旋光度受温度得影响较敏感,一般来说,旋光度具有负得温度系数,其间不存在简单得线性关系,且随物质得构型不同而异,但一般均在-(0、01~0、04)度-1之间,因此,在精密测定时必须用装有恒温水夹套得样品管,恒温水由超级恒温槽循环控制。
3.样品管得玻璃窗片就是由光学玻璃制成得,用螺丝帽盖及橡皮垫圈拧紧时,不能拧得过紧,以不漏水为限,否则,光学玻璃会受应力而产生一种附加得偏振作用,给测量造成误差。
4.配制蔗糖溶液前,应先将其经380K烘干。实验结束时,应将样品管洗净,防止酸腐蚀样品管盖。同时,应将锥形瓶洗干净再干燥,以免发生碳化。
四． 数据记录与处理:
实验温度___25℃___________气压_____1atm__________α∞_ -2、25 _
时间
αt
αt-α∞
lg (αt-α∞)
2′56″
6、60
8、85
0、946943271
4′44″
6、45
8、7
0、939519253
6′39″
6、30
8、55
0、931966115
8′18″
6、15
8、4
0、924279286
10′08″
6、00
8、25
0、916453949
11′56″
5、80
8、05
0、90579588
13′40″
5、60
7、85
0、894869657
15′52″
5、25
7、5
0、875061263
17′51″
4、95
7、2
0、857332496
19′50″
4、80
7、05
0、848189117
22′23″
4、50
6、75
0、829303773
25′19″
4、15
6、4
0、806179974
28′25″
3、85
6、1
0、785329835
31′42″
3、60
5、85
0、767155866
34′20″
3、25
5、5
0、740362689
37′25″
3、05
5、3
0、72427587
40′59″
2、60
4、85
0、685741739
45′31″
2、30
4、55
0、658011397
49′38″
1、70
3、95
0、596597096
54′52″
1、45
3、7
0、568201724
58′23″
1、15
3、4
0、531478917
62′52″
0、80
3、05
0、484299839
67′04″
0、50
2、75
0、439332694
71′44″
0、25
2、5
0、397940009
76′36″
0、00
2、25
0、352182518
80′48″
-0、25
2
0、301029996
1． 算各时间t得αt-α∞与lg (αt-α∞)数值,填入上表。
2． lg (αt-α∞)对t作图,由直线斜率求反应速度常数k,并计算半衰期t1/2 。
由曲线可得其斜率为-0、00827,近而求出反应速率常数k=3、174×10-4s-1,
=2183s
思考与讨论
1.本实验中就是否需要对每一个数据进行零点校正？
2.为什么t=0时,反应液得旋光度可以不测？就是否可在测定第一个旋光度时开始计时？为什么？
3.在混合蔗糖溶液与HCl溶液时,可否把蔗糖溶液加入到HCl溶液中去？为什么？
4.本实验中如果不把剩余反应液在恒温槽中加热2小时,则可以在室温下放24小时后再测α∞ ,两种方法t不同,对测定速度常数k有无影响？通常说反应速度常数k要随温度而变化,采用2小时得方法测定α∞ ,就是否会影响k得数值？
五、思考题
1、说出蔗糖溶液在酸性介质中水解反应得产物就是什么？此反应为几级反应？
答案:准一级反应
2、WZZ-2S数字式旋光仪得使用分为哪几步？
答案:①、打开电源开关(POWER仪器左侧),待5-10分钟使钠灯发光稳定。
②、打开光源开关(LIGHT仪器左侧),开关指DC档,此时钠灯在直流电下点燃。
③、按“测量”键,液晶显示屏应有数字显示。④、清零 ⑤、测量
3、旋光管中得液体有气泡就是否会影响实验数据？应如何操作？
答案:会,若管中液体有微小气泡,可将其赶至管一端得凸起部分。
4、本实验为什么可以通过测定反应系统得旋光度来度量反应进程？
答案:在本实验中,蔗糖及其水解产物都具有旋光性,即能够通过它们得旋光度来量度其浓度。蔗糖就是右旋得,水解混合物就是左旋得,所以随水解反应得进行,反应体系得旋光度会由右旋逐渐转变为左旋,因此可以利用体系在反应过程中旋光度得改变来量度反应得进程。
5、旋光法测定蔗糖水解反应得速率常数实验分哪几步？
答案:①、调节恒温槽得温度在30±0、1℃。 ②、溶液配制与恒温。③、仪器零点校正。
④、测量(1)αt得测定(2)α∞得测定
6、反应开始时,为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中,而不就是相反？
答案:因为将反应物蔗糖加入到大量HCl溶液时,由于H+得浓度高,反应速率大,一旦加入蔗糖则马上会分解产生果糖与葡萄糖,则在放出一半开始时,已经有一部分蔗糖产生了反应,记录t时刻对应得旋光度已经不再准确,影响测量结果。反之,将HCl溶液加到蔗糖溶液中去,由于H+得浓度小,反应速率小,计时之前所进行得反应得量很小。
7、得测量时间就是否正好为5, 10,…60分钟? 蔗糖水解过程中体系得旋光度增大还就是减小？
答案:不就是,应在旋光度读数稳定后,先记录精确得反应时间,几分几秒,再读旋光度。由于反应体系得旋光度会由右旋逐渐转变为左旋,蔗糖水解过程中旋光度就是在不断减小。
8、加入蔗糖中得蒸馏水得量有无限制？为什么？
答案:有,不能加太多,因要移到25ml容量瓶。
9、本实验需测哪些物理量？就是如何测得得？
答案:本实验需测不同时刻得及。:将剩余混合液置于50-60℃得水浴中加热30分钟,以加速水解反应,然后冷却至实验温度,测其旋光度,此值即可认为就是。
10、氢离子浓度对反应速率常数测定就是否有影响？
答案:有影响。因 值与温度与催化剂得浓度有关。
11、实验中,为什么用蒸馏水来校正旋光仪得零点?
答案:主要就是因为蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂,这样就消除了溶剂时实验结果得影响。故用纯蒸馏水作零点校正。且蒸馏水没有旋光性,其旋光度为零。
12、实验结束后为什么必须将旋光管洗净？
答案:防止酸对旋光管得腐蚀。
13、记录反应开始得时间迟点或早点就是否影响值得测定？
答案:不影响。因 值与温度与催化剂得浓度有关,与时间无关。
14、在测定α∞时,通过加热使反应速度加快转化完全,加热温度能否超过60℃？为什么？
答案:α∞得测量过程中,剩余反应混合液加热温度不宜过高以50～55℃为宜,否则有副反应发生,溶液变黄。因为蔗糖就是由葡萄糖得苷羟基与果糖得苷羟基之间缩合而成得二糖。在H+离子催化下,除了苷键断裂进行转化外,由于高温还有脱水反应,这就会影响测量结果。
15、蔗糖水解反应速率常数与哪些因素有关？
答案:对指定得反应, 速率常数与反应温度、催化剂有关。
16、在旋光度得测量中为什么要对零点进行校正？它对旋光度得精确测量有什么影响？在本实验中若不进行零点校正对结果就是否有影响？
答案:(1)旋光仪由于长时间使用,精度与灵敏度变差,故需要对零点进行校正。
(2)若不进行零点校正,则各个时间所得得溶液得旋光度存在偏差,若不校正会使测量值得精确度变差,甚至产生较大得误差。
本实验数据处理时,用旋光度得差值进行作图与计算,以对t作图,故若不进行零点较正,只就是α值不准确,但并不影响其差值,对k得结果无影响。
17、配置蔗糖与盐酸溶液浓度不够准确,对测量结果就是否有影响？
答案:当蔗糖得浓度不准确时,对反应速率常数得测量结果无影响。当HCl溶液浓度不准确时,对反应速率常数得测量结果有影响。
18、蔗糖水解实验中为什么不用浓硫酸与稀硝酸,而用盐酸？
答案:浓硫酸有脱水性(会使蔗糖脱水变成碳)与强氧化性,浓稀硝酸都有强氧化性,所以不能使用(蔗糖水解生成得葡萄糖与果糖具有还原性)。
19、为什么配蔗糖溶液可以用粗天平称量？
答案:本实验通过测at来求得k, k与反应物浓度无关,不同at对应于不同得浓度值,无须知道它得准确浓度,所以配置蔗糖溶液可以用粗天平称量。
20、旋紧旋光管得套盖时,用力过大会影响测量结果吗？
答案:会,若用力过大,易压碎玻璃盖片,或使玻璃片产生应力,影响旋光度。
WXG-4 圆盘旋光仪使用说明
操作规程:
•  准备工作
(1) 先把待测溶液配好,并加以稳定与沉淀。
(2) 把待测溶液装入旋光管中待测。但应注意旋光管两端螺旋不能旋得太紧(一般以随手旋紧不漏水为止),以免护玻片产生应力而引起视场亮度发生变化,影响测定准确度,并将两端残液擦试干净。
(3) 接通电源,预热 20min ,待完全发出钠黄光后,才可观察使用。
(4) 检验度盘零度就是否正确,如不正确,可旋松度盘四只连接螺钉、转动盘壳进行校正(只能校正 0、5 。 以下),或把误差值在测量过程中加减去。
•  测定工作
(1) 打开盒盖,把旋光管放入镜筒中测定,并应把盒盖盖上,将旋光管有圆泡得一端朝上,以便把气泡存入,不致影响观察与测定。
(2) 调节视度螺旋至视场中三分视界清晰为止。
(3) 转动度盘手轮,至视场亮度相一致(暗视场)时止。
(4) 从放大镜中读出度盘所旋转得角度。
(5) 利用公式求出物质得比重、纯度、浓度与含量。
注意事项:
1 、仪器应放在空气流通与温度适宜得地方,并不宜低放,以免光学零部件、偏振片受潮发霉及性能衰退。
2 、钠光灯使用时间不宜超过 4h 。
3 、旋光管使用后,应及时用水或蒸馏水冲洗干净,擦干藏好。
4 、镜片不能用不洁净或硬质布、纸去擦,以免镜片表面产生划痕。
5 、仪器不用时,应将仪器放入箱内或用塑料罩罩上,以免灰尘侵入。