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一级反应—蔗糖的转化. 一、实验目的 1． 测定蔗糖的转化的反应速度常数和半衰期。 2．了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。 3． 了解自动旋光仪的基本原理，掌握自动旋光仪的正确 操作技术 二、 原理 蔗糖转化反应： C 12 H 22 O 11 +H 2 O→C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 （ 葡萄糖） （果糖）.
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一级反应—蔗糖的转化 一、实验目的 1．测定蔗糖的转化的反应速度常数和半衰期。 2．了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。 3．了解自动旋光仪的基本原理，掌握自动旋光仪的正确 操作技术 二、原理 蔗糖转化反应： C12H22O11+H2O→C6H12O6 + C6H12O6 （葡萄糖） （果糖）
它是一个二级反应，在纯水中此反应的速度极慢，通常需在H+离子的催化作用下进行，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，可近似认为整个反应过程水浓度是恒定的，而且H+离子是催化剂，其浓度也保持不变，因此蔗糖转化反应可看做为一级反应，一级反应的反应速度方程可用下式表示。─DCA∕dt=KCA 〈1〉 式中，K为反应速度常数，CA为时间t时反应物浓度，〈1〉式积分可得：LnCA=-Kt+CAO 〈2〉 式中，CAO为反应开始时蔗糖的浓度。当CA=1/2CAO时，t可以用t1/2表示，即为反应的半衰期：t1/2=ln2/K=0.693/K 〈3〉蔗糖及其转化产物都含有不对称的炭原子，它们都具有旋光性。但是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度量反应的进程。 测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质之旋光能力，溶剂性质，溶液的浓度，样品管长度，光源波长及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度α与反应物浓度C呈线性关系，即：α=KC 〈4〉
式中比例常数K与物质之旋光能力，溶剂性质，样品管长度、温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来蘅量，此旋光度可用下式表示：式中比例常数K与物质之旋光能力，溶剂性质，样品管长度、温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来蘅量，此旋光度可用下式表示： [α]D20=α*100/LC 〈5〉 式中： 20为实验时温度为20º，D是指所用钠光灯光源D线，波长589纳米，α为测定的旋光度（度），L为样品管的长度（分米），C为浓度（克/100ml） 作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度：[α]D20=66.6º，生成物中葡萄糖是右旋物质，其比旋光度[α]D20=52.5º，但是果糖是左旋性物质，其比旋光度[α]D20=-91.9º。由于生成物中果糖之左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈现左旋性质。因此，随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。 设体系最初的旋光度为： α0=K反CAO（t=0 蔗糖尚未转化） 〈6〉 最终体系的旋光度为： α∞=K生CAO（t=∞蔗糖已完全转化） 〈7〉
式〈6〉〈7〉中K反和k生分别为反应物和生成物之比例常数。当时间为t时,蔗糖浓度为CA,式〈6〉〈7〉中K反和k生分别为反应物和生成物之比例常数。当时间为t时,蔗糖浓度为CA, 此时旋光度αt为: <1> αt=K反CA+k生(Cao-Ca) <8> 由<6>、<7>、<8>联立可得： CAO=α0-α∞/K反-K生=K/（αO-α∞） 〈9〉 CA=αt-α∞/K反-K生=K/（αt-α∞） 〈10〉 将〈9〉〈10〉两式代入〈2〉式即得： Lg（αt-α∞）=-Kt/2.303+Lg（αO-α∞）〈11〉 K=2.303/t * Lg（αO-α∞）/（αt-α∞） 由〈11〉式可看出，若以Lg（αt-α∞）对t作图为一直线从直线的斜率可求得反应速度常数K. 对于一级反应,在没有α∞数值,或者在反应不完全,不能求α∞值时,亦可用下法求出反应的速度常数K的值来,先列出时间为t时的浓度C1(或αt1)和时间为t+Δt时的浓度C2(或αt2)的数据,Δt可为任意的时间间隔,不过最好是实验时反应进行的时间的一半.作Lg(C1-C2)对t作图,其斜率为:-K/2.303
公式推导如下:将公式<1>积分,并取初始浓度C0得:C=C0e-kt,如此可得:C1=C0e-kt;公式推导如下:将公式<1>积分,并取初始浓度C0得:C=C0e-kt,如此可得:C1=C0e-kt; C2=C0e_kt(t+Δt); C1-C2=C0e_kt(1-C0e_kt) <12> 取对数: Lg(C1-C2)=Kt/2.303 +Lg[C0(1-e-kΔt)] <13> 故作直线Lg(C1-C2)-t图,由斜率可得K. 由于旋光角α与浓度C成正比,故可直接用旋光角α代C0,设α=K反C+P,C1-C2=(α1-α2)/K反, 代入<13>式得: Lg(α1-α2)=-Kt/2.303 +Lg[K生(1-eKΔt)] 三.仪器和试剂: 自动旋光仪 25ml移液管 2支 蔗糖 100ml容量瓶 2个 HCL（4N） 50ml容量瓶 2个 烧杯（80ml） 2个
四．实验步骤： 1、将仪器电源插头插入220V交流电源，打开电源开关，需经5min钠光灯预热，使之发光稳定。打开直流开关，灯亮为正常；打开示数开关，调节零位手轮使旋光示值为零。 2、用蒸馏水校正零点：蒸馏水为非旋光物质，可用来校正仪器零点，即α=0时仪器对应的刻度。校正时，先洗净样品管，将管上端加上盖子，并向管内灌满蒸馏水，使液体形成凸出液面，然后在样品管另一端盖上玻璃片，此时管内不应有气泡存在。在旋上套盖，使玻璃片紧贴于旋光管，勿使漏水。但旋套盖时不能用力过猛，以免玻璃片压碎。用滤纸将样品管擦干，用擦镜纸将玻片擦净，将样品管放入旋光仪内。记下整数盘和小数盘的读数，重复测三次，取均值用来校正仪器的系统误差。注意标记安放的位置和方向。 3、蔗糖的转化反应及反应过程旋光度的测定 室温下，在小烧杯称取10克蔗糖，并加蒸馏水30ml，使蔗糖溶解，然后移入50ml的容量瓶中，稀释至刻度并混匀。用25ml移液
管吸取蔗糖溶液放入100ml容量瓶中，再用25ml移液管吸取4N HCL溶液加入蔗糖溶液里，并使之均匀混合，注意从HCL溶液由移液管流出一半时开始记时，迅速用少量反应液荡洗样品管二次，然后将反应液装满样品管，盖好盖子并擦干，按相同的位置和方向放入样品室，盖好箱盖。 <2.> 示数盘将转出该样品的旋光度。（整数加小数）示数盘上黑色示值为右旋（+），红色示值为左旋（-），逐次掀下复测按钮，重复读三次，取平均值 。 第一个数据要求离开反应起始时间1—2分钟，为了多读一些数据，所以反应20分钟内每分钟测量一次，以后反应物浓度降低，反应速度变慢，可将每次测量的时间适当放长，从反应开始大约需要连续测量1小时，一直测到α值为负值为止，由于反应物混合液的酸度很大，因此样品管一定要擦净后，才能放进旋光仪以免管外沾附的反应液腐蚀旋光仪，实验结束后必须擦净样品管，洗净移液管容量瓶等。
五、数据处理： 1. 列出t-αt表，并作出相应的αt-t图。 2. 从αt-t曲线上读出等间隔时间t时的旋光角αt算出（α1-α2）和Lg（α1-α2）的值并列表。 3. 以Lg（α1-α2）对t作图，由曲线的形状判断反应的级数，由斜率求反应的速度常数K。 4由K值计算这一反应的半衰期。 六、思考题： 1 .蔗糖的转化速度和哪些条件有关？为什么配蔗糖溶液可用普 通天平称量？ 2 .如何判断某一旋光物质是右旋还是左旋？ 3 .实验中我们用蒸馏水来校正零点，问蔗糖转化反应过程中所 测的旋光度α是否需要校正？为什么？ 4 .一级反应的特点是什么？
