旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验报告.doc

蔗糖的转化
【目的要求】
根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应,测定其反应速度常数,计算反应的半衰并根据阿伦尼乌斯公式求算蔗糖转化的活化能。
2、了解旋光仪的基本原理、掌握使用方法。
3 了解一级反应速率公式及动力学特点,熟悉准一级反应的速率公式。
【基本原理】
蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
蔗糖葡萄糖果糖
为使水解反应加速,反应常常以H3O+为催化剂,故在酸性介质中进行,本实验采用2M HCl。由于在较稀的蔗糖溶液中,水是大量的,反应达终点时,虽然有部分水分子参加了反应,但与溶质(蔗糖)浓度相比可以认为它的浓度没有改变。因此,在一定的酸度下,反应速度只与蔗糖的浓度有关,所以该反应可视为一级反应(动力学中称之为准一级反应)。该反应的速度方程为:
-dC/dt = kC
其中C为蔗糖溶液的浓度,k为蔗糖在该条件下的水解反应速度常数
令蔗糖开始水解反应时的浓度C0,水解到某时刻时的蔗糖浓度为Ct,对上式进行积分得:
lnC0/Ct = kt
该反应的半衰期与k的关系为:
t1/2 = ln2/k
蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性的物质,即都能使透过它们的偏振光的振动面旋转一定的角度,称为旋光度,以表示。其中蔗糖、葡萄糖能使偏振光的振动面按顺时针方向旋转,为右旋光性物质,旋光度为正值。而果糖能使偏振光的振动面按逆时针方向旋转,为左旋光性物质,旋光度为负值。量度旋光度的仪器为旋光仪,当温度、波长及溶剂一定时,旋光度的数值为:
= l Cm
或= l C
l ——液层厚度,即盛装溶液的旋光管的长度,
Cm ,C——旋光物质的质量摩尔浓度,体积摩尔浓度
——比旋光度,t为温度,D为所用光源的波长。
在其他条件不变的情况下,旋光度与反应物浓度C成正比。即:
= K’C
K’——是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、溶液温度等有关的常数。
可见,旋光度与物质的浓度有关,且溶液的旋光度为各组分旋光度之和。
反应进程中,溶液的旋光度变化情况如下:
当反应开始时,t=0,溶液只有蔗糖的右旋,旋光度为正值,随着反应的进行,蔗糖溶液减少,葡萄糖和果糖浓度增大,由于果糖的左旋能力强于葡萄糖的右旋。整体来说,溶液的旋光度随着时间而减少。当反应进行完全时,蔗糖溶液为零,溶液中只有葡萄糖和果糖,这时,溶液的旋光度为负值。可见,反应过程中物质浓度的变化可以用旋光度来代替表示。
下面将反应过程中浓度变化转变为旋光度的变化。
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
蔗糖葡萄糖果糖
t = 0 C0 0 0
t = t Ct C0-Ct C0-Ct
t = 0 C0 C0
当t=0时,溶液中只有蔗糖,溶液的旋光度值为: 0 = k蔗糖C0——①
当t=时,溶液中只有葡萄和果糖,溶液的旋光度值为: =(k葡+k果)C0——②
当t=t时,溶液中有葡萄糖和果糖,此时溶液的旋光度值为
t = k蔗糖Ct + (k葡+k果)(C0-Ct)——③
①-②得: 0 - =[k蔗糖-(k葡+k果)]C0
即:C0= (0-)/[k蔗糖-(k葡+k果)]——④
③-②得