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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,实验十六 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数,一,.,目的要求,了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法,;,了解反应物浓度与旋光度之间的关系,;,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：,此反应是一个二级反应,在这里可看作为一级反应。,为什么在这里可以看作是一级反应？,C,12,H,22,O,11,+H,2,O C,6,H,12,O,6,+C,6,H,12,O,6,(,蔗糖,)(,葡萄糖,)(,果糖,),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,H,+,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。,式中,c,为时间,t,时的反应物浓度，,k,为反应速率常数。,积分,c,0,为反应开始时反应物浓度。,一级反应的速率方程可由下式表示：,-dc/,dt,=,kc,(1),Lnc,=,lnc,o,-k,t,(2),当,C=0.5C,0,时,时间,t,可用,t,1/2,表示,既为反应半衰期,:,t,1/2,=ln2/k=0.693/k,（,3,）,从,式可以看出,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,由直线斜率既可得反应速率常数,K,0,然而反应是在不断进行的,要快速分析出反应物的浓度的困难的。,lnc,=lnc,0,-,kt,那么怎样才能度量反应的进程呢？用什么实验方法才能测量出此反应的速率常数呢？,我们知道：蔗糖及其转化物,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、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件固定时,旋光度,与反应物浓度,c,呈线形关系,即,=,c,（,4,）,式中比例常数,与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度、温度等有关。,物质的旋光能力用比旋光度来度量,比旋光度用下式表示,:,式中,D,20,右上角的“,20”,表示实验时温度为,20,D,是指旋光仪所采用的钠灯光源,D,线的波长,(,即,589nm),为测得的旋光度,(,),l,为样品管长度,(dm),C,A,为浓度,(g/100mL),。,D,20,=,100/,l,C,A,（,5,）,体系的反应过程是怎样的，在整个过程中体系的初态和终态是怎样的？,设体系最初的旋光度为：,0,=,反,C,o,(t=0,蔗糖尚未转化,),（,6,）,体系最终的旋光度为：,=,生,C,0,(t=,蔗糖已完全转化,),（,7,）,式,和,中,反,和,生,分别为反应物与生成物的比例常数。,作为反应物的蔗糖是右旋性物质,其比旋光度,D,20,=66.6,;,生成物中葡萄糖也是右旋性物质,其比旋光度,D,20,=52.5,但果糖是左旋性物质,其比旋光度,D,20,=-91.9,。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大,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,。,当时间为,t,时,蔗糖浓度为,c,此时旋光度为,t,即：,t,=,反,C+,生,(C,o,C),（,8,）,由式、和联立可解得：,C,0,=(,o,-,)/(,反,-,生,)=,(,o,-,),（,9,）,C=(,t,-,)/(,反,-,生,)=,(,t,-,),（,10,）,将式（,9,）和（,10,）代入（,2,）式即得：,ln(,t,-,)=-,kt+ln(,o,-,),（,11,）,显然,以,ln(,0,-,),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,。,旋光仪,移液管（,25mL,）,2,支,恒温箱,蔗糖（分析纯）,恒温槽,葡萄糖（分析纯）,具塞大试管（,50mL,）,4,支,HCl,溶液（,4molL,-1,）,锥形瓶（,150mL,）蔗糖酶溶液（自制）,实验中所要用到的仪器和试剂：,恒温水浴,旋光仪,四、实验步骤,一、预习旋光仪一节，了解旋光仪的使用方法,二、旋光仪的零点校正,三、反应过程的旋光度的测定,四、,的测量,五、将恒温水浴和恒温箱的温度调高,5,，按上述步骤三和四再测量一套数据。,实验重难点：,实验重点：,1,、掌握本实验的基本原理。,2,、掌握实验中用到仪器的操作方法，并能熟练,使用。,3,、了解实验中的注意事项并能解释为什么。,实验难点：,1,、旋光仪的零点校正、实验中旋光度值的测,定和对应时间的记录。,2,、对影响实验结果的关键操作的控制。,3,、误差分析。,预习问题的回答：,1,、实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点,?,在蔗糖转化反应过程中所测的旋光度,t,是否需要零点校正,?,为什么,?,答：（,1,）因为蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂。,（,2,）蔗糖转化反应过程中，无须再作零点校正，因为都以蒸馏水作校正，只需校正一次。,2,、配置溶液时不够准确，对测量结果是否有影响？,答：配置溶液时即使不够准确也没关系，对测量的结果不会有影响。,3,、在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液中，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去？为什么？,答：不可以，如果将蔗糖溶液加到,HCl,溶液中，盐酸会先和蔗糖反应，,HCl,溶液浓度过大，会加快蔗糖水解，影响测量结果、导致试验结果不准确。,4,、本实验要想减少误差，应注意什么,?,答：若要减少本试验的误差应该注意：,（,1,）锥形瓶在恒温水浴种放置足够长的时间，让蔗糖充分水解；,（,2,）开始时一定要校正旋光仪。,