旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数.ppt.ppt

旋光法测定蔗糖转化反应的
速率常数
【实验目的】
。
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,掌握旋光仪的正确使用方法。
【实验原理】
蔗糖(C12H22O11)在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 (葡萄糖) + C6H12O6(果糖)
它是一个二级反应,在纯水中此反应的速率极慢,通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应,仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的,而且H+是催化剂,其浓度也保持不变。因此,蔗糖转化反应可作为一级反应。其动力学方程为:
(18-1)
式中,k为反应速率常数;C为时间t时反应物的浓度。
【实验原理】
将(18-1)式积分得:
(18-2)
式中,c0为反应物的初始浓度。
当c=1/2c0时,t可用t1/2表示,即为反应的半衰期。由(18-2)式可得:
                      (18-3)
由(18-2)式可见,ln c对t作图可得一直线,直线的斜率即为反应速率常数k。但直接测量反应物浓度比较困难,因此要利用其他物理量间接地进行测定。
【实验原理】
蔗糖及水解产物均为旋光性物质,但它们的旋光能力不同,故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。
为了比较各种物质的旋光能力,引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示:
(18-4)
式中,20为实验温度(℃);D为光源波长;α为旋光度;l为液层厚度(m);c为浓度(kg·m-3)。
由(18-4)式可知,当其它条件不变时,旋光度α与浓度c成正比。即:
(18-5)
式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。
【实验原理】
在蔗糖的水解反应中,蔗糖是右旋性物质,其比旋光度=°。产物中葡萄糖也是右旋性物质,其比旋光度=°;而产物中的果糖则是左旋性物质,其比旋光度= -°。因此,随着水解反应的进行,右旋角不断减小,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成的旋光度之和。若反应时间为0,t,∞时溶液的旋光度分别用α0,αt,α∞表示。则:
(表示蔗糖未转化) (18-6)

(表示蔗糖已完全转化) (18-7)
式(18-6)、(18-7)中的K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。
(18-8)
【实验原理】
由(18-6)、(18-7)、(18-8)三式联立可以解得:
(18-9)
(18-10)
将(18-9)、(18-10)两式代入(18-2)式即得:

(18-11)
由(18-11)式可见,以对t作图为一直线,由该直线的斜率即可求得反应速率常数k。进而可求得半衰期t1/2。
ln (αt-α∞)
t1/2
【仪器和试剂】
:
数显自动旋光仪1台、旋光管1只、恒温槽1台、天平1台、停表1块、烧杯(100mL,1个)、移液管(30mL,2个)、带塞三角瓶(100mL,2个)。
:

HCl溶液(6mol·L-3)、蔗糖(分析纯)。
【实验步骤】
℃恒温。
2. 旋光仪零点的校正
接通数显自动旋光仪电源,预热5~15分钟,向旋光管中灌入蒸馏水(无气泡),盖好样品室门盖,按下测量键,待数字稳定后,按清零键,使显示为0。
【实验步骤】

用天平称取10g蔗糖,放入100mL烧杯中,加入50mL蒸馏水配成溶液(若溶液混浊则需过滤)。用移液管取35mL蔗糖溶液置于100mL带塞干燥的三角瓶中。移取35mL 2mol·dm-3HCl溶液于另100mL带塞干燥的三角瓶中。一起放入恒温槽内,恒温10min。取出两只三角瓶,将HCl迅速倒入蔗糖中,来回倒三次,使之充分混合。并且在加入HCl时开始记时,迅速用少量的混合液将旋光管清洗两次后将混合液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同)。装好擦净立刻置于旋光仪中,盖上槽盖。测量不同时间t时溶液的旋光度αt。测定时要迅速准确,分别读取5、10、15、20、30、50、75、100分钟时的旋光度值αt。
∞的测定
将步骤3剩余的混合液置于近60℃的水浴中,恒温30min以加速反应,然后冷却至实验温度,按上述操作,测定其旋光度,此值即可认为是α∞。