旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 实验报告 院(系) 生化系 年级 10 级 专业 化工 姓名 学号 课程名称 物化实验 实验日期 2012 年 9 月 9 日 实验地点 3 栋 指导老师 一、实验目的: 1·测定蔗糖转化放映的速率常数 k,半衰期 t1/2,和活化能 Ea。 2·了解反应的反应物溶度与旋光度之间的关系。 3·了解旋光仪的基本原理,掌握旋光仪的正确使用方法。 二、实验原理: 1、 蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖,器反应为: C 12 H 22 0 11 +H 2 O C 6 H 12 O 6 +C 6 H 12 O 6 (蔗糖) (葡萄糖) (果糖) 这是一个二级反应,但在 H+浓度和水量保持不变时,反应可视为一级反应,速率方程式可表示为: ,积分后可得: 由此可知:在不同时间测定反应物的相对浓度,并以㏑ c 对 t 作图,可得一直线,由直线斜率即可求得反应速率常数 k。 当 c=0.5c 0 时 T1/2=ln2/K 2、本实验中的反应物及产物均有旋光性,且旋光能力不同,在溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等条件均固定时,旋光度与反应物浓度呈线性关系,即: kcdtdc ktcc 0ln 。 反应时间 t=0,蔗糖尚未转化: ; 反应时间为 t,蔗糖部分转化: ; 反应时间 t=∞,蔗糖全部转化: , 联立上述三式并代入积分式可得: 对t作图可得一直线,从直线斜率可得反应速率常数 k。 三、仪器与试剂: WZZ-2B 型旋光仪 1 台 501 超级恒温水浴 1 台 烧杯 100ml 2 个 移液管(25ml) 2 只 蔗糖溶液 (分析纯)(20.0g/100ml) Hcl 溶液(分析纯)(4.00mol/dm -3 ) 四、实验步骤: ①恒温准备: ②旋光仪调零: 1)、 2)、 5 分钟稳定后 将 4mol/L Hcl 和蔗糖 50ml 分别 置于 100ml 的烧杯中 调恒温水浴至 45oc 开启旋光仪 将光源调至交流(AC) 调开关至直流(DC) c   0 0c反  ) (生 反ct  0c c   0c生  ) ln( ) ln(0           ktt) ln(   t 以洗净样品管 向管内装满蒸馏水,并盖上玻璃片和套盖,不要有气泡 用滤纸擦干管外的水,放入旋光仪光路中 打开光源,调节目镜聚焦,使视野清晰 再旋转检偏镜至能观察到三分视野均匀但较暗为止 记下检偏镜的旋光度,重复测量数次,取其平均值即为零点 洗净样品管 向管内装满蒸馏水,盖上端盖,滤纸擦干 ③测定 a t : ④测定 a ∞ : ⑤、依次关闭测量、光源、电源开关。 五、注意事项: 1、装上溶液后的样品管内不能有气泡产生,样品管要密封好,不要发生漏液现象; 2、配蔗糖溶液时要注意使蔗糖固体全部溶解,并充分混匀溶液; 3、样品管洗涤及装液时要保管好玻璃片橡皮垫圈,防止摔碎或丢失; 4、测定 a ∞ 时,要注意被测样品在 50~60 0 c 条件下恒温 50min 后(但不能超过 60 0 c,否则有副反应发生),移到超级恒温器中再恒温 20min; 5、必须对旋光仪调零校正,若调不到零,需要进行数据校正。 六、数据处理: 按测量开关 将装有蒸馏水的旋光管放入样品室 盖好箱盖 稳定后清零 ①中试样恒温 20min 将 Hcl 溶液倒入蔗糖溶液中 加入一半时开始计时,全部加入后摇匀 同时启动秒表 少量溶液荡洗旋光管 混合液装满旋光管 旋上端盖滤纸擦干放进旋光仪,盖箱盖 等约 5 秒读旋光度值 2min 后记第一组数据 在开始反应后每隔1min记一次数据直到旋光度变到零度以下 剩余液放入 50 摄氏度水中加将③中的剩余液加热 30 分钟后 取剩余少量反应液洗旋光管 3次,在装满样品管测其旋光值 测三次取平均值 (1)、①超级恒温槽温度:45oc 旋光仪零点:0 时间(min) 1 2 3 4 5 a t 8.054 6.589 5.321 4.842 3.260 a t -a ∞ 11.526 10.061 8.793 8.314 6.732 ln(a t- a ∞ ) 2.44 2.31 2.17 2.12 1.91 时间(min) 6 7 8 9 10 a t 2.452 1.716 1.074 0.508 0.012 a t -a ∞ 5.924 5.188 4.546 3.98 3.464 ln(a t- a ∞ ) 1.78 1.65 1.51 1.38 1.25 最终旋光度: a ∞ =-3.472 ②ln(at-a ∞ )∽t 图 由图可知直线斜率 k 1 = -0.1337; 即反应速率常数 K=0.1337 半衰期 T 1/2 =ln2/K=5.1843min (2)①超级恒温槽温度:35 oc 旋光仪零点:0 时间(min) 2 4 6 8 10 at 10.6 10.05 7 5.45 3 at-a∞ 15.08 14.53 11.48 9.93 7.48 ln(at-a∞) 2.71 2.68 2.44 2.3 2.01 时间(min) 12 14 16 18 20 at 2.4 1.45 0.3 0.05 -0.45 at-a∞ 6.88 5.93 4.78 4.53 4.03 ln(at-a∞ ) 1.93 1.78 1.57 1.51 1.39 最终旋光度: a ∞ =-4.4833 ②ln(at-a ∞ )∽t 图 由图可知直线斜率 k 2 = -0.0798; 即反应速率常数 K=0.0798 半衰期 t 1/2 =ln2/K=8.686min (3)由 12lnkk=RE a(11T-21T)得: Ea=42.146 kJ/mol 七、实验结果与讨论 (1)、实验结果:35 0 C 下实测值 K=0.0798 即 308K 时 K=79.8×10 -3 min -1 T 1/2 =8.686min; 45 0 C 下实测值 K=0.1337 即 318K 时 K=13.37×10 -3 min -1 t 1/2 =5.1843min; Ea=42.0243KJ/mol 文献值参考值:308.2K 时 K=75.97×10 -3 min -1 318.2K 时 K=17.455×10 -3 min -1 Ea=108KJ/mol (2)、实验偏差:(42.0243-108)÷108×100%=-61.09% (3)、产生偏差的原因可能如下: ①、实验仪器误差; ②、读数误差; ③、实验操作过程中温度对实验结果产生影响,使得活化能减小; ④、盐酸作为催化剂,对反应速率产生影响,从而影响反应速率常数; 八、实验思考题 1、实验中,用蒸馏水来校正旋光仪的零点,有何意义? 答:因为蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂,这样就消除了溶剂对实验结果的影 响,且蒸馏水没有旋光性,其旋光度为零;若不进行零点校准,则各个时间所得的溶液旋光度会存在偏差,故用蒸馏水来校正旋光仪的零点,来消除系统误差。 九、实验小结 本实验中温度对反应速率影响很大,所以在试验中用恒温水浴来控制温度。实验时由于旋光管内存有少许气泡或者在以盐酸流出一半为反应计时时,由于无法准确判断所以导致反应时间存在误差。实验测得的旋光度变化趋势是从大到小,最终出现负值,证明果糖的旋光度为负值,并在数值上大于葡萄糖的旋光度值。而最终的旋光度没有表现出几乎不变的趋势,说明反应还没有达到极限,实验时间应该可以再适当地加长一点。做完该实验,我了解了反应的反应物浓度与旋光度之间的关系,同时明白旋光仪的基本原理,掌握旋光仪的正确使用方法。