旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應的速率常數(shù)

1、旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應的速率常數(shù)一、實驗目的1. 了解蔗糖轉(zhuǎn)化反應體系中各物質(zhì)濃度與旋光度之間的關系。 2. 測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應的速率常數(shù)和半衰期。 3. 掌握測量原理和旋光儀的使用方法。 二、實驗原理蔗糖轉(zhuǎn)化反應為: C12H22O11(蔗糖)H2O C6H12O6(葡萄糖) C6H12O6(果糖)右旋 右旋 左旋為使水解反應加速，常以酸為催化劑，此反應的反應速率與蔗糖的濃度、水的濃度以及催化劑H+的濃度有關，在H+濃度固定的條件下，這個反應本是二級反應，但由于反應中水是大量的，雖有部分水分子參加反應，但濃度變化極小，可以認為整個反應中水的濃度基本是恒定的。而H+是催化劑，其濃度也是固定的。所

2、以，此反應可視為假一級反應。其動力學方程為 - dc / dt = k · c(1)式中，k為反應速率常數(shù)；c為時間t時的反應物濃度。將(1)式積分得：或 (2) 式中，c0為反應物的初始濃度。當c = 0.5 c0時，t可用t1/2表示，即為反應的半衰期。由(2)式可得：(3) 蔗糖及水解產(chǎn)物均為旋光性物質(zhì)。但它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應過程中旋光度的變化來衡量反應的進程。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的種類、濃度、溶劑的性質(zhì)、液層厚度、光源波長及溫度等因素有關。為了比較各種物質(zhì)的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示: (4) 式中，t為實驗溫度()；D

3、為光源波長；為旋光度；l為液層厚度(m)；c為濃度(kg·m-3)。 由(4)式可知，當其它條件不變時，旋光度與濃度c成線性關系。即： = K · c(5) 式中的K是一個與物質(zhì)旋光能力、液層厚度、溶劑性質(zhì)、光源波長、溫度等因素有關的常數(shù)。 在蔗糖的水解反應中，反應物蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度=66.6°。產(chǎn)物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度 =52.5°；而產(chǎn)物中的果糖則是左旋性物質(zhì)，其比旋光度 =91.9°。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖的右旋性大，因此隨著水解反應的進行，右旋角不斷減小，最后經(jīng)過零點變成左旋。旋光度與濃度成正比，并且

4、溶液的旋光度為各組成的旋光度之和。設反應時間為0，t，時溶液的旋光度為0，t，表示，則：0 = K反 · c0(蔗糖尚未轉(zhuǎn)化，t0) (6) = K生 · c0(蔗糖已全部轉(zhuǎn)化，t) (7) 式(6)、(7)中的K反和K生分別為對應反應物與生成物的比例常數(shù)。c0既為反應物的初始濃度，又可為生成物的最后濃度。當時間為t時，蔗糖濃度為c，溶液體系旋光度為t, 則t = K反 · K生(c0 - c)(8) 由(6)、(7)、(8)三式聯(lián)立可以解得：(9) (10) 將(9)、(10)兩式代入(2)式即得: 或(11) 若以ln(t)對t作圖，從其斜率即可求得反應速率常

5、數(shù)k。進而可求得半衰期t1/2。三、實驗步驟1 旋光儀的零點的測定打開旋光儀，預熱20 min。將旋光管裝滿蒸餾水。將旋光管放入旋光儀，旋光管凸起的一端朝上放置。調(diào)節(jié)旋光儀的目鏡，使三分視野清晰。在讀數(shù)零附近，旋轉(zhuǎn)刻度盤調(diào)節(jié)手輪。調(diào)節(jié)三分視野，在三分視野亮度一致且較暗時讀數(shù)，這是旋光儀的零點。2.20%蔗糖溶液的配制  用量筒量取25 mL蒸餾水于50 mL錐形瓶中，用粗天平稱取5 g 蔗糖，溶于蒸餾水。3旋光度的測定用移液管吸取4 M HCl 25.0 mL加入蔗糖溶液中，開始計時。應注意在HCl 溶液從移液管中流出一半時開始記時。用少量待測溶液潤洗旋光管2 次，然后將反應液裝滿旋光管，立刻放進旋光儀內(nèi)，測量旋光度，每1min記錄1次，直至旋光度變?yōu)樽笮?的測定  在測量旋光度的同時，將剩余的蔗糖和HCl 混合溶液置于60水浴中加熱20 min，取出后冷卻至室溫，測其旋光度即為。每分鐘測量1次，連續(xù)測量3 min。五、數(shù)據(jù)處理1. 將實驗數(shù)據(jù)記錄于下表:溫度： c(HCl): c(蔗糖)： :t(min)ttln(t)t(min)2. 以ln(t)對t作圖，由圖線的形狀判斷反應的級數(shù)，并求出反應的速率常數(shù)k。3. 計算蔗糖轉(zhuǎn)化反應的半衰期t1/2。六、注意事項1. 裝樣品時，旋光管管蓋旋至不漏液體即可，不要用力過猛，以免壓碎玻璃片。 2