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1、.旋光物质化学反应反应动力学研究蔗糖转化反应【摘 要】本实验通过了解反应物浓度与旋光度之间的关系，进而测定蔗糖转化反应过程中旋光 度与时间的关系来测定蔗糖转化反应的速率常数、半衰期、表观活化能及相关参数。具体 实验过程中通过对温度、 蔗糖浓度、 盐酸浓度这三个变量的控制来检验温度、 反应物浓 度、 催化剂浓度等因素对反应的影响。 实验时以旋光度来表征反应进行的程度。【Abstract】This experiment through the understanding of reactant concentration and the relationship between the rotat
2、ion, and the determination of sucrose conversion reaction in the process of the relationship between rotation and time to determine the rate constant of sucrose conversion reaction, half-life, apparent activation energy and the related parameters. Specific experiments of temperature, sucrose concent
3、ration, hydrochloric acid concentration control of the three variables to test temperature, concentration of reactants, the influence of the concentration of catalyst on the reaction. Experiment with rotation to represent the degree of reaction. 【关 键 词】旋光度 速率常数【Keywords】Rotation rate constant一、实验目的与
4、要求：一、实验目的与要求： 1、测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 2、了解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，掌握旋光仪的正确使用。 二、预习要求：二、预习要求： 1、 了解用旋光仪测定蔗糖水解速率常数的原理和方法。 2、 简单了解旋光仪的构造和使用，了解旋光仪测定比旋光度的原理和方法。 三、实验原理：三、实验原理： 反应速率只与某反应物浓度成正比的反应称为一级反应，即8(1)dC dtkCA A式中：k 是反应速率常数，CA是反应物的浓度，t 是时间，设为反应物起始浓度，CA0积分可得：8(2)lnlnCktCAA 0若以 lnCA对 t 作图，可得一直线，其斜率的
5、绝对值即为反应速度常数 k。 反应速度还可用半衰期 t1/2来表示。若为在 t 时间内已经起反应了的反应物浓度，则x 在时的反应速度为： d Cx dtk CxA A()()0 0积分可得： 8(3)tkC CxAA100ln 当反应物浓度为起始浓度一半时，即时所需之时间，称为半衰期 t1/2，显然，xCA1 20.8(4)tkCCCkkAAA1 20001 1 220693/lnln. 上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速度常数 k，而与起始浓度无关。这是一级 反应的一个特点。 蔗糖转化的反应方程式为： C12H22O11（蔗糖）H2OC6H12O6（葡萄糖）C6H12O6（果糖）H 此反
6、应的反应速度与蔗糖的浓度、水的浓度以及催化剂 H的浓度有关。在催化剂 H+ 浓度固定的条件下，这个反应本是二级反应，但由于有大量水存在，虽然有部分水分子参 加反应，但在反应过程中水的浓度变化极小。因此，反应速度只与蔗糖浓度成正比。其浓 度与时间的关系，符合(1)式的条件，所以此反应为一级反应。若在反应过程中的不同时间 测得蔗糖的相应浓度，代入上式即可求得该反应的速度常数 k。 测定反应进程中某一时刻反应物或产物的浓度有两种方法： 1、 化学方法是在反应过程中每经过一定的时间取出部分反应混合物，并用化学的方 法使其反应立即停止，记录时间，分析此时反应混合物中产物或反应物的浓度。这种方法 得到的结
7、果比较准确，重复性较好，但操作的手续较为繁琐，有些反应让其中止比较困难。2、 物理方法是利用反应体系中反应物或产物的某些物理性质（例如导电性、旋光性、 吸光、体积、压力、折光等）与物质浓度的关系，通过测量这些物理性质的变化来确立物 质的浓度。用物理方法进行测量时要满足以下条件： 1、物理性质与反应物质的浓度要有简单的线性关系，最好是正比关系。 2、在反应过程中反应体系的物理性质要有明显的变化。 3、不能有干扰因素。4、有较好的测量仪器设备。 物理法的优点在于不需从反应体系中取出样品，可直接测定，它不需要停止反应而可 连续迅速地进行分析，且可将物理性质变成电信号进行自动记录等。但对于那些反应中有
8、 副反应或少量杂质对所测量的物理性质影响较灵敏时将会造成较大的误差。 本实验是根据反应物与生成物均含有不对称碳原子，它们都具有旋光性，但旋光能力 不同这一特点，可用体系反应过程旋光度的变化来量度反应的进程。 测量旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含有旋光物质之旋光能 力、溶剂的性质、溶液的浓度、样品管长度、光源波长及温度等均有关系。当其它条件固 定时，旋光度与反应物浓度 C 呈线性关系，即：=KC 8(5) 式中 K 与物质旋光能力、溶剂性质、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。比旋光度可用下式表示： 8(6) Dt lC100式中：t实验温度。 D所用光
9、源为钠灯 D 线（波长 589nm）。 测得的旋光度（）。 l样品管的长度（dm）。 C浓度（克/100mL）。 作为反应物的蔗糖是右旋性的物质，其比旋光度=66.6。生成物中，葡萄糖也 D20.是右旋性的物质，其比旋度=52.5。但果糖是左旋性物质，其比旋度 D20=91.9。由于生成物中果糖之左旋比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性质。 D20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。设体系最初的 旋光度为0，则 0=K反（t=0，蔗糖尚未转化） 8(7)CA0最终体系的旋光度为：=K生（
10、t=，蔗糖完全转化） 8(8)CA0 式(7)、(8)中，K 反和 K 生分别为反应物与生成物之比例常数。当时间为 t 时，蔗糖浓 度为 CA，此时旋光度t为：t=K反CAK生(CA) 8(9)CA0 综合上面几式可得：8(10)CKKKA00 0 () 8(11)CKKKAt t () 代入积分式(2)后，得： 8(12)ln()ln()tkt 0 若以对 t 作图，得一直线，其斜率为k，从而求得反应的速度常数 k。ln()t 四、试剂与仪器：四、试剂与仪器：旋光仪 1 台 超级恒温水浴 1 台 150mL 锥形瓶 2 个 25mL 移液管 2 只 50mL 移液管 1 支 分析纯蔗糖溶液（
11、10g 蔗糖溶于 50mL 水中） 4moldm-3HCl 溶液 五、实验步骤：五、实验步骤： 1、了解、熟悉旋光仪的结构、原理和使用方法。（详见附录） 2、用蒸馏水校正仪器的零点，蒸馏水为非旋光物质，可用以校正仪器的零点（即=0 时仪器对应的刻度）。校正时，先冼净样品管，将管一端加上盖子，并向管内灌满蒸馏水， 使液体形成一凸出了液面，然后在样品管上面盖上玻璃片，此时管内不应有气泡存在，再 旋上套盖，使玻璃片紧贴于旋光管，勿使漏水。但必须注意旋紧套盖时不能用力过猛，以 免玻璃片压碎。用滤纸将样品管擦干，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦干净。将样品 管放入旋光仪内。打开光源，调整目镜聚焦，使视野
12、清楚。然后旋转检偏镜，直到所观察 到的三分视野暗度相等为止，记下检偏镜之旋角，重复测量数次，取其平均值，此均值即 为零点，用来校正仪器的系统误差。 3、蔗糖转化旋光度的测定：将超级恒温槽调节到所需的温度，在干燥的 150mL 的锥 形瓶中准确移取 25ml 蔗糖溶液，在另一试剂瓶中置入一些 4 moldm-3 HCl，将两只锥形 瓶都放入超级恒温水浴的恒温箱内，恒温至少半小时，然后准确移取 25mL 己恒温的 HCl，注入到己恒温的 25mL 蔗糖溶液中，待移液管中的 HCl 流出一半时开始记时，将混 合的的反应物摇匀，迅速用少量反应液洗涤样品管 23 次，然后将反应液装满样品管，盖 好盖子并
13、擦净。立即放入旋光仪内，测量各时间的旋光度。第一个数据要求离开始起反应 的 3min 内记录，测量时将三分视野调节暗度相等后，先记录时间，再读取旋光度。为了.多读一些数据，反应开始 15min 内，每分钟测量一次，以后由于反应物浓度降低，一直测 量到出现旋光度负值为止。反应速度变慢，可以将每次测量的时间间隔适当放长。 4、按照实验步骤 3，将超级恒温浴温度调至高于原温度 5或 10，重复测量蔗糖转 化的反应情况。 5、的测定 将剩余的反应液放置 48 hr 后，在相同温度下测定溶液的旋光度，即为值，为了缩 短时间，还可将剩余的反应液和样品管中的反应液混合置于 5060水浴上温热 30min，使
14、其加速反应至完全，然后冷却至原来温度，再测此溶液的旋光度，观察读数是 否稳定，若稳定，即为值。注意水浴温度不可过高，否则将产生副反应，颜色变黄。加 热过程亦应避免溶液蒸发影响浓度，影响的测定。 由于酸会腐蚀旋光仪的金属套，因此实验一结束，必须用水将管洗净。 六、实验注意事项：六、实验注意事项： 1、 在进行实验前，要熟练掌握旋光仪的使用，能正确而迅速地读出其读数。 2、 旋光管只要旋至不漏水即可，过进地旋扭会造成损坏，或因玻片受力而产生假旋 光。 3、 旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时应熄灭，以免损坏。 4、 反应速率与温度有关，溶液应先恒温后再混合。 七、数据记录及处理：七、数据记录及处理： 1、数据记录： 4mol/L 蔗糖、4mol/L HCl 时间（s）旋光度 1234.645 1504.301 1803.93 2103.61 2403.285 2702.985 3002.7 3302.43 3602.165 3901.93 4201.7 4501.48 4801.27 5101.08 5400.91 5700.75 6000.5
