实验十七 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
1〓目的要 求〖HT5SS〗(1)〓测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。(2)〓了解旋光仪的基本原 理，掌握旋光仪的使用方法。〖HS2〗〖HT5H〗2〓基本原理〖HT5SS〗〖WTBX〗(1)〓蔗 糖转化的反应式为5〓〓C12H22O11+H2O→〖DD(〗H+〖〗〓〖D D)〗C6H12O6+C6H12O6〓〓〓〓〓(蔗糖)〓〓〓(葡萄糖)〓〓(果 糖))在纯水中此反应的速度极慢，通常需要在H+催化作用下进行，该反应为二级反 应。但是由(于水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可认为在反应过程中 水的浓度是恒)定的，而H+起催化作用，其浓度也保持不变。因此，蔗糖转化反应可 看作是一级反应。一级反应的速率方程表达式如下：-〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓-〖SX( 〗dc〖〗dt〖SX)〗=kc〖JY〗(Ⅱ141)积分可得：*〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓ln c=-kt+lnc0〖JY〗(Ⅱ142)式中：c——反应时间为t时的反应物浓度；〓 〓c0——反应物起始浓度；〓〓t——反应时间；〓〓k——反应速率常数。/当c= 〖SX(〗1〖〗2〖SX)〗c0时，时间t可用t〖SX(〗1〖〗2〖SX)〗表示 ，即反应 的半衰期0〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓t〖SX(〗1〖〗2〖SX)〗=〖SX(〗ln2〖 〗k〖SX)!〗=〖SX(〗0693〖〗k〖SX)〗〖JY〗(Ⅱ143)+由式(Ⅱ142)可以看出 ，lnc对t作图，为一直线，直线的斜率为反应速率常数k。(若要直接测量不同时刻的 反应物浓度，非常困难，但蔗糖及其转化产物都有旋光性，而且旋#光能力不同，故可以利 用系统在反应过程中旋光度的变化来度量反应的进程。)(2)〓测量旋光性所用的仪器称为 旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力(、溶剂性质、溶液的浓度、样品 管长度、光源及温度等均有关系。当其它条件固定时，旋光度嵊敕从ξ锱ǘ萩呈线性关系 。即〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓 =Kc〖JY〗(Ⅱ144)式中K为比例系数，与旋光 物质的本性有关。(蔗糖是右旋物质，而反应产物混合物中，葡萄糖是右旋的，果糖是左 旋的，但其旋光能力较(葡萄糖大，所以从总体上反应产物呈左旋性质。随着反应的进行， 系统的右旋角不断减小，反应(至某一瞬间，系统的旋光度恰好等于零，而后就变成左旋， 直到蔗糖完全转化，这时左旋角 达到最大值帷蕖＊ド枳畛醯娜芤盒舛任。〓〓则*〓〓〓〓〓〓 0=K反c 0〓〓(蔗糖尚未分解t=0)〖JY〗(Ⅱ145)最后的溶液旋光度为帷蕺ピ颡 *〓〓〓 〓〓〓帷 =K产c0〓〓(蔗糖全部转化t=∞)〖JY〗(Ⅱ146)&式中K反、K产 分别表示反应物与产物之比例系数，c0为反应物的起始浓度，%亦是生成物最后的浓度。 当时间为t时，蔗糖的浓度为ct，旋光度为醫。〓〓则/〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓 〓醫=K反ct+K产(c0-ct)〖JY〗(Ⅱ147)由式(Ⅱ145)和式(Ⅱ14 6)得/〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓c0=〖SX(〗 0-帷蕖肌終反-K产〖SX)〗= K′( 0-帷 )〖JY〗(Ⅱ148)/〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓ct=〖SX(〗醫- 帷蕖肌終反-K产〖SX)〗=K′(醫-帷 )〖JY〗(Ⅱ149)(可见，能以反应 开始时与终了时旋光度之差代表蔗糖的起始浓度，而以时间为t时与终了时的旋光度之差代 表蔗糖在t时的浓度，代入式(Ⅱ142)得1〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓ln(醫- ∞)=-kt+ln(帷 -帷 )〖JY〗(Ⅱ1410))若以ln(醫-帷 )对t作 图为一直线，从直线斜率可求出反应速率常数k。(对于一级反应，因速率常数与反应物起 始浓度无关，反应速率常数的测定可以从任一时刻开 始。〖WTBZ〗〖HS2〗〖HT5H〗3〓 仪器〓试剂〖HT5SS〗"〖WB〗自动旋光仪WZZ型〓〓〓〓〖WB〗1台〓〓〓蔗糖(分析纯) #〖DW〗水浴锅〖DW〗1个〓〓〓HCl溶液(4mol·L-1)〖DW〗普通温度计〖DW〗1支 〓〓〓蒸馏水〖DW〗100ml烧杯〖DW〗2个〖DW〗50ml量筒〖DW〗2个〖HS2〗〖HT5H〗 4〓实验步骤〖HT5SS〗%(1)〓了解和熟悉WZZ型旋光仪的使用方法(见本书Ⅲ物理化学实验 规范)。(2)〓反应速率常数的测定/配制浓度约为20%(质量百分数)的蔗糖溶液25ml，如 有混浊应过滤。然后将25ml蔗糖溶液与2.5ml浓度为4mol·L-1的HCl溶液混合，并迅 速以此混合液荡洗盛液管2次，然后装满(盛液管。揩去管外的溶液，将盛液管安置在旋光仪 的暗室中，开始测定旋光度。以开始时刻.为t0每隔2min读数1次，20min后每隔3min 读数1次，再读7个数据即可。然后关闭电源。)测帷蓿航⒁汗苋)觯从σ旱乖 烧杯里，连同原液一起在烧杯中用水浴加热，约30 min。水浴温度不要超过50℃，冷至室温 测得旋光度帷蕺＊ぁ糎S2)〖HT5H〗5〓数据处理〖HT5SS〗(1)〓数据记录：〖 HT6SS〗〖BG(!)〖BHG2，WK5，K5，K10。2，K6W〗&时间〖〗旋光度帷肌姜t-帷 〖〗ln(醫-帷 )〖〗室温〖BHG14〗5024〖SP()……〖SP〗〗2023 26〖SP()……〖SP〗〗〖BG〗〗〖HT5SS〗"(2)〓以ln(醫-帷 )对t作图， 画出有代表性的直线。(3)〓求出反应速率常数和半衰期。〖HS2〗〖HT5H〗6〓注意事 项〖HT5SS〗)(1)〓反应液酸度很大，一定要擦净后再放入旋光仪暗箱内，以免腐蚀仪器 。实验结束后，将盛液管洗净。+(2)〓每隔20min记1次室温，取平均值，作为测量温度， 并在不读数时，打开暗箱散热，读数前05min盖上。〖HS2〗〖HT5H〗7〓思考题〖HT5 SS〗(1)〓本实验是否需要校正仪器零点?为什么?-(2)〓在混和蔗糖和HCl溶液时，总是把 HCl溶液加到蔗糖溶液中，而不把蔗糖溶液加入HCl 溶液中，为什么?(3)〓如果所用蔗 糖不纯，对实验有什么影响?〖LM〗(〖HT4H〗〖HS3〗〖JZ〗
