1H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定.docx
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1H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定
1H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定
H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定
08化教吴英、罗群
一.实验目的
1.了解旋光仪的基本原理,掌握其使用方法;
2.了解反应物浓度与旋光度之间的关系;
3.利用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数与半衰期;
4.探究H+浓度对蔗糖转化反应速率影响。
二.实验原理
蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖:
H+
C12H22O11+H2O—→C6H12O6+C6H12O6
(蔗糖)(葡萄糖)(果糖)
蔗糖水解反应是一个二级反应,但由于水是大量存在的,在反应过程中可以认为浓度不变,在反应过程中的氢离子是一种催化剂,也可以认为浓度不变,由此,蔗糖水解反应可作为一级反应来处理。
如果以c表示到达t时刻的反应物浓度,k表示反应速率常数,则一级反应的速率方程为:
-dc/dt=kt
对此式积分可得:
lnc=-kt+lnc0
式中c为反应过程中的浓度,c0为反应开始时的浓度。
当c=c0/2时,时间为t1/2,称为半衰期。
代入上式,得:
t1/2=ln2/k=0.693/k
测定反应过程中的反应物浓度,以lnc对t作图,就可以求出反应的速率常数k。
在这个反应中,利用体系在反应进程中的旋光度不同,来度量反应的进程。
用旋光仪测出的旋光度值,与溶液中旋光物质的旋光能力、溶剂的性质、溶液的浓度、温度等因素有关,固定其它条件,可认为旋光度α与反应物浓度c成线性关系。
物质的旋光能力用比旋光度来度量:
蔗糖的比旋光度[α]D20=66.6°,葡萄糖的比旋光度[α]D20=52.5°,蔗糖和葡萄糖是右旋的,果糖是左旋的,但果糖的比旋光度比葡萄糖大,果糖是左旋性物质,它的比旋光度为[α]D20=-91.9°。
因此,在反应过程中,溶液的旋光度先是右旋的,随着反应的进行右旋角度不断减小,过零后再变成左旋,直至蔗糖完全转化,左旋角度达到最大。
当t=0时,蔗糖尚未开始转化,溶液的旋光度为:
α0=β反应物c0......1
当蔗糖已完全转化时,体系的旋光度为:
α∞=β生成物c0......2
此处,β为旋光度与反应物浓度关系中的比例系数。
时间t时,蔗糖浓度为c,旋光度应为:
αt=β反应物c+β生成物(c0-c)......3
由1、2式:
由2、3式:
代入lnc=-kt+lnc0式,可得:
ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)
根据实验测得的反应过程中的旋光度值计算ln(αt-α∞),再对时间作图,可得一条直线,根据直线斜率可求得反应速率常数。
3.仪器,试剂
仪器:
旋光仪1台,超级恒温槽1台,锥形瓶,移液管,烧杯,
100mL容量瓶,玻璃棒,托盘天平。
试剂:
蔗糖(AR),盐酸溶液(12.0mol/L),蒸馏水。
4.实验步骤
1.了解旋光仪的原理与使用方法。
2.安装仪器,将恒温槽调节到(25.0
0.1)℃。
3.旋光仪的零点校正。
4.配置100mL1.2mol/LHCl,2.4mol/LHCl,3.6mol/LHCl,4.8mol/LHCl,6mol/LHCl溶液。
5.配置蔗糖水溶液:
称取50克蔗糖加入锥形瓶中,再加入250mL蒸馏水,是蔗糖完全溶解,若溶液浑浊,则需要过滤。
6.用移液管分别移入50.00mL蔗糖溶液和50.00mL6.0mol/LHCl,50.00mL4.8mol/LHCl,50.00mL3.6mol/LHCl,50.00mL2.4mol/LHCl,50.00mL1.2mol/LHCl溶液于锥形瓶,置于超级恒温器中恒温10min以上。
7.反应过程中旋光仪的测定
将6.0mol/LHCl溶液倒入蔗糖溶液,同时记下反应开始的时间。
用少量混合溶液荡洗旋光管,然后装满旋光管,盖好(要求管内没有气泡),反映开始后的15min内,每隔1min测量一次,然后由于反应物的浓度的降低而使反应速率变慢,此时可将每次测量的时间间隔放宽,一直到反应时间为50min为止。
8.测完全反应时的旋光度:
将含有剩余混合液的试管置于55℃水浴中加热40min,使其中蔗糖完全反应。
将反应液冷却至实验温度,加入旋光管中,在恒温槽中恒温10分钟,测定其旋光度,作为α∞值。
9.不同浓度HCl溶液旋光度的测量:
将不同浓度HCl溶液分别倒入蔗糖溶液重复步骤7,8。
五.实验数据及其处理过程
1.HCl的浓度为:
6mol/L
at对t的数据记录表
t/min
9
10
11
12
13
14
15
16
19
22
at
6.112
5.720
5.404
5.088
4.786
4.504
4.222
3.944
3.084
2.590
t/min
25
28
31
34
37
40
43
46
49
at
1.872
1.288
0.738
0.306
-0.212
-0.656
-1.078
-1.402
-1.818
a∞的测量值:
-4.848、-4.848、-4.848、-4.848、-4.848
at对t的工作曲线㏑(at-a∞)对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个(at—t)数组表
t/min
13.5
17
20.5
24
27.5
31
35
38.5
at
4.659
3.644
2.841
2.152
1.402
0.735
0.144
-0.439
ln(at-a∞)
2.252
2.139
2.040
1.946
1.833
1.720
1.608
1.484
-k=-0.0299min-1k=0.0299min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.0299=23.177min
2.HCl的浓度为:
4.8mol/L
at对t的数据记录表
t/min
5
6
7
8
9
10
11
12
at
11.132
10.486
10.320
10.100
9.824
9.652
9.358
9.166
t/min
13
14
15
18
21
24
27
30
at
8.910
8.692
8.492
7.758
7.102
6.472
5.852
5.272
t/min
33
36
39
42
45
48
51
at
4.664
4.092
3.586
2.950
2.500
2.286
2.064
a∞的测量值:
-4.724、-4.724、-4.724、-4.724、-4.724
at对t的工作曲线
㏑(at-a∞)对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个(at—t)数组表
t/min
10
14
18
22
26
30
34
38
at
9.574
8.638
7.750
6.907
6.074
5.722
4.537
3.750
ln(at-a∞)
2.641
2.578
2.475
2.399
2.322
2.246
2.157
2.065
-k=-0.01819min-1k=0.01819min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.01819=38.098min
3.HCl的浓度为:
3.6mol/L
at对t的数据记录表
t/min
2
3
4
5
6
7
8
9
10
at
12.230
12.012
11.846
11.716
11.412
11.330
11.118
10.990
10.760
t/min
11
12
13
14
15
18
21
24
27
at
10.634
10.426
10.278
10.068
9.848
9.318
8.876
8.286
7.816
t/min
30
33
36
39
42
45
48
50
at
7.266
6.720
6.332
5.800
5.372
4.934
4.474
4.146
a∞的测量值:
-4.824、-4.824、-4.824、-4.824、-4.824、
at对t的工作曲线㏑(at-a∞)对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个(at—t)数组表
t/min
10
14
18
22
26
30
34
38
at
10.975
10.079
9.313
8.690
8.017
7.292
6.577
5.997
ln(at-a∞)
2.760
2.702
2.649
2.604
2.553
2.495
2.434
2.381
-k=-0.0134min-1k=0.0134min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.0134=51.716min
4.HCl的浓度为:
2.4mol/L
at对t的数据记录表
t/min
3
4
5
6
7
8
9
10
11
at
12.592
12.490
12.386
12.278
12.172
12.068
11.958
11.852
11.750
t/min
12
13
14
15
18
21
24
27
30
at
11.632
11.408
11.294
11.186
10.868
10.514
10.078
9.764
9.330
t/min
33
36
39
42
45
at
9.012
8.580
8.260
7.836
7.518
a∞的测量值:
-4.596、-4.596、-4.596、-4.596、-4.596、
at对t的工作曲线㏑(at-a∞)对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个(at—t)数组表
t/min
10
14
18
22
26
30
34
38
at
11.869
11.303
10.899
10.358
9.848
9.364
8.848
8.364
ln(at-a∞)
2.801
2.766
2.741
2.705
2.670
2.636
2.598
2.562
-k=-0.00839min-1k=0.00839min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.00839=82.598min
5.HCl的浓度为:
1.2mol/L
at对t的数据记录表
t/min
2
3
4
5
6
7
8
9
10
at
12.714
12.714
12.714
12.610
12.610
12.610
12.510
12.510
12.510
t/min
11
12
13
14
15
18
21
24
27
at
12.410
12.410
12.306
12.306
12.204
12.102
12.002
11.798
11.694
t/min
30
33
36
39
42
45
48
50
at
11.492
11.388
11.182
11.082
10.978
10.774
10.676
10.574
a∞的测量值:
-4.588、-4.588、-4.588、-4.588、-4.588、
at对t的工作曲线㏑(at-a∞)对t的工作曲线
at对t的曲线上等间隔8个(at—t)数组表
t/min
10
14
18
22
26
30
34
38
at
12.487
12.285
12.096
11.949
11.732
11.505
11.316
11.114
ln(at-a∞)
2.838
2.826
2.814
2.806
2.792
2.778
2.766
2.754
-k=-0.00301min-1k=0.00301min-1
t1/2=0.693/kt1/2=0.693/0.00301=230.232min
6.转化速率常数与氢离子浓度的关系
CH+对k的数据记录表
CH+(mol/l)
1.2
2.4
3.6
4.8
6
k
0.00301
0.00839
0.0134
0.0182
0.0299
k对cH+的工作曲线
根据图表数据可得关系式:
k=0.0053cH+-0.0045
六、实验结果及其分析
1.实验值与文献值的比较(温度为25℃)
C(HCl)/mol/L
1.2
2.4
3.6
4.8
6
实验值(1/min)
0.00301
0.00839
0.0134
0.01819
0.0299
C(HCl)/mol/L
1.2
2.6
3.3
4.3
5.8
文献值(1/min)
0.01746
0.03758
0.04790
0.05998
0.08223
具体文献值未找到,但是根据近似浓度的文献值,可以得出实验值与文献值相差很大。
2.蔗糖的转化速率常数与H+浓度的关系
根据实验结果,得出两者符合关系式:
k=0.0053cH+-0.0045
可知速率常数随着H+浓度的增加而增加,但是两者并不成正比关系。
七、误差分析
1、HCl的浓度为的配置不是太准确。
2、反应时间的没有控制好(提前或推后记录数据)
3、图表的读数误差
八、实验的关键
1、因为温度会对反应有影响,所以实验过程中温度的控制很关键。
2、本实验是探讨不同浓度的盐酸对蔗糖转化速率常数的影响,因此要精确配置HCl的浓度。
3、放置旋光管上的玻璃片时,将玻璃片沿管口轻轻推上盖好,旋紧套盖,确保不产生气泡。
九、改进性实验
1、实验过程中随着反应的进行,旋光管里的温度会降低从而影响速率常数的测定,因此可以在旋光管外加保温设施,降低温度的影响。
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- 关 键 词:
- 浓度 蔗糖 转化 反应 速率 影响 测定