蔗糖水解反应速率常数的测定.docx
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蔗糖水解反应速率常数的测定
贵州大学实验报告
大学化学实验
实验报告——物理化学实验
学院:
化学与化工学院专业:
化学工程与工艺班级:
化工122
姓名
杨云
实验日期
成绩
学号
1208110212
指导教师
同组人
汤富勇、殷江、季节
实验项目名称
蔗糖水解反应速率常数的测定
实验目的
1、测定一个温度下蔗糖水解反应的速率常数和半衰期
2、掌握自动旋光仪的使用方法
实验原理
蔗糖水溶液在酸性介质下,按下式发生水解反应:
C12H22O11+H2OH+C6H12O6+C6H12O6
蔗糖葡萄糖果糖
上述反应为二级反应,反应速率方程为:
-dc蔗/dt=k'c蔗c
(1)
当溶液浓度较稀时,反应物水是大量的,尽管有部分水参与反应,但可以近似认为在整个反应过程中水的浓度基本是恒定的。
H+是催化剂,其浓度也保持不变。
因此反应可以看作是准一级反应,其速率方程为:
-dc蔗/dt=kc蔗
(2)
将式
(2)移项积分,得
ln(c0/ct)=kt(3)
式中,C0为反应开始时蔗糖的初始浓度;Ct为t时刻蔗糖的浓度,k为速率常数,t为反应时间。
当Ct=½C0时,t可用t½表示,即为反应的半衰期。
由式
(2)可得
t½=ln2/k=0.0693/k(4)
测定ct的方法有化学法和物理法两种。
1.化学法
化学法即在反应过程中每过若干时间,取出一部分反应混合物,并使取出的反应物迅速停止反应(可采用降温,加阻化剂,稀释等),记录时间,然后此时反应物的浓度(容量法)。
但要使反应迅速停止是有困难的,故误差较大。
2.物理法
物理法是根据反应物和生成物的某一物理性质与反应物浓度呈单值对应的特点,通过测定反应体系中物理性质的变化跟踪反应进程。
随着反应的进行,该物理量将不断改变,在不同时间测定该物理量,就可以计算出反应物浓度的改变。
本实验是通过测定体系的旋光度来跟踪反应进程的。
当一束平面偏振光通过某些物质时,其振动方向会发生改变,此时光的振动面旋转一定的角度,这种现象称为物质的旋光现象。
物质的这种使偏振光的振动面旋转的性质叫做物质的旋光性。
凡有旋光性的物质称为旋光物质。
蔗糖及其水解产物都有旋光性,但各自的旋光能力是不同的,故可以利用体系在水解过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。
为了比较各种物质的旋光能力,引入比旋光度的概念,所得比旋光度用[a]tD表示。
溶液的旋光度a与比旋光度[a]tD的关系可以用下式表示:
a=[a]tDcl(5)
式中,t为实验温度,D为光源波长,本实验采用钠黄光,波长为589.6nm;l为测量溶液的液层厚度。
由式(5)可知,当其他条件不变时,旋光度a与浓度c成正比,即
a=kc(6)
式中,K是常数。
实验中,把一定浓度的蔗糖水溶液与一定浓度的盐酸等体积混合,用旋光仪测定旋光度随时间的变化关系,然后推算蔗糖的水解程度。
蔗糖是右旋光物质其比旋光度为66.60;水解产生的葡萄糖也是右旋光物质,其比旋光度为52.50;而果糖则是左旋性物质,其比旋光度为-91.90。
由于果糖的左旋性比较大,因此随着水解反应的进行,右旋性不断减小,最后经过零点变成左旋。
旋光度与浓度成正比,并且溶液的旋光度为各组分的旋光度之和。
若反应时间为0、t、∞的旋光度分别用a0、at、a∞表示,则
a0=k反c0(7)a∞=k产c0(8)
at=k反ct+k产(c0-ct)(9)
式中,a0为蔗糖未水解时的旋光度;a∞为蔗糖全部水解后的旋光度;at为蔗糖水溶液水解到t时刻时体系的旋光度;式(7)~式(9)中的k反和k产分别为反应物与产和折比例常数。
由式(7)、(8)、(9)联立可以解得
C0=(a0-a∞)/(k反-k产)=k'(a0-a∞)
(10)
C=(at-a∞)/(k反-k产)=k'(at-a∞)
(11)
将式(10)、式(11)代入式(3),得
ln(at-a∞)=-kt+ln(a0-a∞)(12)
由上式可知,以ln(at-a∞)对t作图得一直线,由该直线的斜率即可求得蔗糖水解反应的速率常数K,进一步求得半衰期t½。
通常有两种方法测定a∞:
一种方法是将反应液放置48h以上,使其反应完全后测a∞:
另一种方法是将反应液在50~60℃水浴中加热30min以上再冷却到实验温度测a∞。
本实验采用前一种方法。
实验仪器和试剂
WZZ-2A型自动数显旋光仪一台;旋光管2支,台秤一台(公用);25ml容量瓶1个;25ml移液管1支;50ml烧杯1个;100ml锥形瓶1个。
蔗糖(AR);4mol/L的盐酸(公用);酸性蔗糖溶液(已放置48小时以上,公用)。
实验步骤
1、记录实验室温度。
2、打开旋光仪的开关,并将光源开关向下扳到交流位置,这时钠光灯发亮,经5min钠光灯发光稳定。
将光源开关由AC转为DC(变交流为直流)。
3、旋光仪零点的校正
蒸馏水为非旋光物质,用其校正仪器的零点。
先洗净旋光管,将旋光管一端的盖子旋上,倒置并在管内灌满蒸馏水,使液体形成凸液面,加上另一端的盖子,拧紧。
此时管内不应有气泡存在,若有气泡,应让气泡浮在旋光管凸起的部位,用滤纸将管外擦干。
通光面两端的玻璃片上的雾状水滴,应用镜头纸揩干。
将装有蒸馏水的旋光管放入旋光仪的暗箱中,注意旋光管的位置和方向,盖上暗箱的盖子,按“清零”键,旋光仪显示“0.000”的读数。
4、用台秤称取5g蔗糖,配制25ml蔗糖水溶液。
并将配好的蔗糖溶液倒入锥形瓶中,备用。
5、量取25ml4mol/L的盐酸于小烧杯中,迅速注入装有蔗糖溶液的锥形瓶中,迅速混匀,即得到酸性蔗糖溶液,同时开始计时。
6、at的测定
用混合后的溶液迅速润洗干净的旋光管2~3次。
尽快装入干净的旋光管中,注满,若有气泡。
将气泡赶到旋光管中间位置。
迅速将旋光管放入旋光仪的暗箱中,盖好。
开始每隔一分钟读取一次旋光度值,记录5次;再每隔2分钟读取一次旋光度值,记录5次;然后每隔5分钟读取一次旋光度值,记录4次;最后每隔10分钟读取一次旋光度值,记录1次。
45分钟后停止。
7、a∞的测定
将同一根旋光管洗净后装入已配置好且已放置两天的同上述酸性蔗糖溶液,测定其旋光度并记录数值,此即a∞。
8、实验结束后,将旋光管中的溶液倒掉,用自来水冲洗干净,放好。
9、再记录一次实验温度,并与第一次记录的实验温度结合,取平均值,作为实验温度。
实验注意事项
1、由于酸对仪器有腐蚀,操作时应特别注意,避免酸液滴到仪器上。
装旋光管时一定要将外部擦干净,防止溶液带入仪器,损坏仪器。
旋光管中如有气泡,应将其赶至不被光路照射到的部位。
2、实验结束后必须将旋光管上下关口打开并冲洗干净,否则旋光管易腐蚀。
3、测定a∞时要掌握好温度和时间,防止出现水解等副反应。
4、记录数据时要遵循“先密后疏”的原则。
从开始反应到约50min即可停止记录。
数据记录与处理
室温:
24.0℃大气压:
89.07kpa
盐酸浓度:
4mol/L:
a∞:
-4.010
反应时间/min
at
at-a∞
ln(at-a∞)
2.以ln(at-a∞)对t作图,由所得直线的斜率求出反应的速率常数k。
3.计算蔗糖转化反应的半衰期t½。
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- 关 键 词:
- 蔗糖 水解 反应 速率 常数 测定