物 理 化 学 实 验 报 告 2012 年 03 月 28 日 总评: 姓名: 学校: 陕西师范大学 年级: 2010 级 专业: 材料化学 室温: 10.0℃ 大气压: 100kpa 实验名称: 一、实验名称:旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 实验目的: 二、实验目的: 1、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系; 2、了解旋光仪的基本原理,掌握其基本使用方法; 3、利用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数与半衰期。 三、实验原理: 实验原理: 蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为: 葡萄糖)+C 果糖) C12H22O11+H2O→C6H12O6(葡萄糖)+C6H12O6(果糖) + 为使水解反应加速,反应常数以 H3O 为催化剂,故在酸性介质中进行水解反应中。在水大量存在的 条件下,反应达终点时,虽有部分水分子参加反应,但与溶质浓度相比认为它的浓度没有改变,故 此反应可视为一级反应,其动力学方程式为: LnC=LnC=-kt+LnC0 式中:C 为反应开始时蔗糖的浓度;C0 为 t 时间时的蔗糖的浓度。当 C=1/2 C0 时,t 可用 t1/2 表示, 即为反应的半衰期。 t1/2=Ln2/k 上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速率常数 k,而与起始无关,这是一级反应的一个特点。 蔗糖及其水解产物均为旋光物质,当反应进行时,如测定体系的旋光度的改变就可以量度反应的进 程。而溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源波长及反应温度等因素 有关。 为了比较各种物质的旋光能力,引入比旋光度[α]这一概念,并表示为: [α]D=α*100/(L*C) 式中:t 为实验时温度;D 为实验温度为 20℃,所用钠灯光源 D 线,波长 589nm,α为旋光度;L 为 -1 液层厚度(dm);C 为浓度(g*100mL ),当其他条件不变时,即: α= βC = β在一定条件下是一常数。 蔗糖[α]=66.5°,葡萄糖[α]=52.0°, 果糖[α]=-91.9°,式中整个反应过程中,旋光度由右旋 向左旋变化(旋光度与浓度成正比,且溶液的旋光度为各组成旋光度之和——加和性),且当温度 及测定条件一定时,其旋光度与反应物浓度有下列关系: 反应时间为 0 时: 反应时间为 t 时: 反应时间为 ∞ 时: α0=β反 C0 αt=β反 C+β生(C0-C) α∞=β生 C0 式中α0、αt、α∞为反应时间为 0、t、∞ 时的溶液的旋光度。 联立以上三式: Ln(α Ln(α Ln(αt-α∞)= -kt + Ln(α0-α∞) 整理即为:Ln(α Ln(α 整理即为:Ln(αt-α∞) - Ln(α0-α∞)= - kt 由上式可以看出, Ln(αt-α∞) 对 t 作图可得一直线, 以 由截距可得到α0 值,由直线斜率即可求得 反应速度常数 k。 四、实验数据及处理: 实验数据及处理: 物 理 化 学 实 验 报 告 1. 蔗糖浓度:C 蔗糖 = 2. 完成下表: HCl 浓度:C 盐酸 = α∞ = 蔗糖转化反应旋光度的测定结果(实验数据) 表 1 蔗糖转化反应旋光度的测定结果(实验数据): t /min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 17 19 αt +7.690 +7.285 +6.895 +6.575 +6.265 +5.805 +5.490 +5.070 +4.590 +4.195 +3.875 +3.495 +2.990 +2.600 +2.175 +1.370 +0.690 αt ?α∞ 16.180 15.775 15.385 15.065 14.755 14.295 13.980 13.560 13.080 12.685 12.365 11.985 11.480 11.090 10.665 9.860 9.180 ln (α t ? α ∞ ) t /min 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 46 51 56 61 71 81 αt -0.190 -0.810 -1.500 -2.130 -2.730 -3.385 -3.805 -4.295 -4.720 -5.105 -5.405 -6.190 -6.600 -7.005 -7.190 -7.395 -7.490 α t ? α ∞ ln (α t ? α ∞ ) 2.784 2.758 2.733 2.712 2.692 2.660 2.638 2.607 2.571 2.540 2.515 2.484 2.441 2.406 2.367 2.288 2.217 8.300 7.680 6.990 6.360 5.760 5.105 4.685 4.195 3.770 3.385 3.085 2.300 1.890 1.485 1.300 1.095 1.000 2.116 2.039 1.944 1.850 1.751 1.630 1.544 1.434 1.327 1.219 1.127 0.833 0.637 0.395 0.262 0.091 0.000 五、作 ln (α t ? α ∞ ) ~ t 图,求出反应速率常数 k 及半衰期 t1/2 : 求算过程: 求算过程: 1 物 理 化 学 实 验 报 告 六、讨论思考: 讨论思考: 1、配制蔗糖溶液时称量不够准确,对测量结果有否影响? 2、混合蔗糖溶液和盐酸溶液时,可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去?为什么? 2