蔗糖水解反应速率常数的测定

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

蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖，反应式如下：

C12H22O11+H2O →C6H12O6 + C6H12O6

蔗糖 葡萄糖 果糖

蔗糖水解速率极慢，在酸性介质中反应速率大大加快，故H+为催化剂。由于反应时H2O是大量存在的，尽管有部分水参加反应 ，仍近似认为整个反应过程中水的浓度是恒定的，故蔗糖水解反应可近似为一级反应。

一级反应的速率方程可由下表示：

（1）

积分式为： （2）

当c=0.5c0时，可用t1/2表示，即为反应的半衰期：

（3）

从（2）式可看出在不同的时间测定反应物的相应浓度，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。

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 = Ac （4）

式中A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。

蔗糖水解反应中，反应物与生成物都具有旋光性，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（有加和性）。当反应进行到某一时刻，体系的旋光度进过零点，然后左旋角不断增加。当蔗糖完全转化时，左旋角达到最大值α∞。若以α0 ，αt，α∞分别为反应时间0，t，∞时溶液的旋光度，则有：

（5）

显然,以对t作图可得一直线,从直线斜率即可求得反应速率常数k。

如果测出两个不同温度时的值，利用Arrhenius公式求出反应在该温度范围内的平均活化能。

（6）

三、仪器与试剂

仪器： WZZ-2B型自动旋光仪1台；旋光管（20cm）1支；超级恒温水浴1套；叉形反应管2支；移液管(25mL)2支；容量瓶（50mL) 1个；秒表1块

试剂： 蔗糖(分析纯)；HCl溶液(分析纯) (2.0 mol/L)

四、实验步骤

1. 调恒温水浴至所需的反应温度30 oC。

2. 开启旋光仪,打开光源开关,钠灯亮,经15分钟预热后使之发光稳定。

3. 打开光源开关，若光源开关扳上后，钠光灯熄灭,则将光源开关重复拔动1～2次,使钠灯在直流下点亮为正常。

4. 按测量开关,仪器进入待测状态。将装有蒸馏水或空白溶液的旋光管放入样品室,盖好箱盖,待显示读数稳定后,按清零钮完成校零。旋光管中若有气泡,应使气泡浮于凸颈处;通光面两端若有雾状水滴,可用滤纸轻轻揩干。旋光管端盖不宜旋得过紧,以免产生应力,影响读数。旋光管安放时应注意标记的位置和方向,以保证每次测量时一致。

5. αt 的测定

用移液管移取20%的蔗糖溶液25mL放入叉形管直管，移取25mL2mol/LHCI溶液放入叉形管侧管（注意勿使两溶液混合），然后盖上胶塞，将叉形管置于恒温槽中恒温。待溶液恒温后（不能少于10分钟），将已恒温的盐酸溶液，倒入蔗糖溶液中，立刻开始计时，作为反应的起点。将溶液摇匀后，迅速用少量混合液清洗旋光管二次，然后将此混合液注满旋光管，盖好盖子（检查是否漏液和形成气泡），擦净旋光管两端玻璃片，立即置于旋光仪中，测定不同时间的旋光度。第一个数据要求在反应开始后2-3分钟内测定。开始20分钟内，每两分钟读数一次，以后每五分钟读一次。直至旋光度为负值为止。

6．α∞的测定

为了得到反应终了时的旋光度α∞，将步骤5叉形管中的剩余混合液转入50 mL容量瓶，置于50～60℃的水浴锅中恒温60分钟，使水解完全。然后冷却至实验温度，再按上述操作，将此混合液装入旋光管，测其旋光度，此值即可认为是α∞。

7. 调恒温水浴温度至35℃,重复上列步骤5～6,测量另一温度下的反应数据。

8. 实验结束后应立即将旋光管洗净擦干。依次关闭测量、光源、电源开关。

五、数据记录与处理

1. 将所测的实验数据记录于下表中：

实验温度：25 ℃； HCI 浓度：2 mol/L ; α∞ 为-0.134。

2. lg(αt-α∞)对t作图，从直线斜率分别求出两温度时的速率常数k（T1）及k（T2），并求出两温度下的反应半衰期。

图1：lg(αt -α∞)对t的关系图（25℃）

此温度下： k=0.0043 s-1

半衰期 t1/2 =0.693/0.0043=161.20 s

图2：lg(αt -α∞)对t的关系图（35℃）

此温度下： k=0.0137 s-1

半衰期 ： t1/2 =0.693/0.0137=50.58 s

3．从k（T1）及k（T1）利用Arrhenius公式求其平均活化能Ea。

Ea=88.512 KJ.mol-1

六、思考题

1. 蔗糖的转化速率常数k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。

2.在测量蔗糖转化速率常数时，选用长的旋光管好？还是短的旋光管好？

答：选用较长的旋光管好。根据公式〔α〕＝α×1000/Lc，在其它条件不变情况下，L越长，α越大，则α的相对测量误差越小

3. 试估计本实验的误差，怎样减少误差？

答：本实验的误差主要是蔗糖反应在整个实验过程中不恒温。在测定旋光度时，温度已不再是测量温度，可以改用带有恒温实施的旋光仪，保证实验在恒温下进行，在本实验条件下，测定时要力求动作迅速熟练。

4. 如何根据蔗糖、葡萄糖和果糟的比旋光度计算α0和α∞?

答：由该式可计算α0。又溶液的旋光度为各组成旋光度之和（有加和性）可算α∞。

5. 实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点试问在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度αt是否需要零点校正？

答：否，因为蒸馏水没旋光性，故用纯蒸馏水作零点校正。蔗糖转化反应过程中，无须再作零点校正。

6．配制蔗糖溶液时称量不够准确对实验有什么影响?

答：此反应对蔗糖为一级反应，利用实验数据求k时不需要知道蔗糖的初始浓度。所以配溶液时可用粗天平称量。若蔗糖中的不纯物对反应本身无影影响，则对实验结果也无影响

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/7a4e591da8114431b90dd84f.html