旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 徐州师范大学化学化工学院物理化学教研室

问题 • 本实验测量和记录那些物理量？ • 主要用什么仪器来测量？ • 能够得到什么样的实验结果？

目的要求 • 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期 • 了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系 • 了解旋光仪基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法

基本原理 C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 ( 蔗糖 ) (葡萄糖) ( 果糖 ) • 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 • 准一级反应。 • 除水外，其余物质都有旋光性

基本原理 一级反应的速率方程可由下式表示：-dc/dt =kc c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数. 积分可得：ln co/c= -kt c0为反应开始时反应物浓度。 t1/2 =ln2 / k = 0.693 /k

基本原理 一定的条件下：旋光度α与反应物浓度C呈线形关系： α = βC 式中比例常数β与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度、温度等因素有关。比旋光度来度量旋光能力： [α]D20 = α×10 / (C×l ). α = [α]D20×l × C/10 C：浓度g/ml，L: 为溶液厚度cm

基本原理 C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 ( 蔗糖 ) (葡萄糖) ( 果糖 ) 66.6 ° 52.5°-91.9° t=0: α0=β反Co t=t: αt=β反C + β产(Co – C)，蔗糖浓度为C t→∞： α∞=β产C, 蔗糖已完全转化求出C和Co的表达式代入动力学方程：ln Co/C= kt，可得： ln(αt-α∞)= -kt+ln(αo-α∞) 以ln(αt-α∞)对t作图可得一直线，从直线斜率既可求得反应速率常数k。

仪器与试剂 • 旋光仪移液管(25mL,50mL) • 恒温槽蔗糖(分析纯) • 容量瓶(50mL) HCl溶液(3.00mol.dm-3) • 锥形瓶(100mL)

旋光仪的结构和原理 1 偏振光和自然光的区别：透过检偏镜的强度：图1 偏振光强度 2 旋光仪的结构图 2 旋光仪光路图图 3 旋光仪测量原理

旋光仪的结构和原理 图 3 旋光仪外形 1．底座 2 电源开关 3 度盘转动手轮 4 读数放大镜 5 调焦手轮 6度盘及游标，7镜筒 8．镜筒盖 9．镜盖手柄 10．镜盖连接图 11 灯罩 12灯座

实验步骤 一、旋光仪的零点校正校正时，在样品管内灌满蒸馏水，旋上盖子。此时管内不应该有气泡存在。再旋转检偏镜至能观察到三分视野暗度相等为止。记下检偏镜的旋光度α，重复测量数次，取其平均值。注意：（1）不能用力过猛，不漏水即可；（2）如果有气泡，将其放在胖度的位置。

二、反应过程的旋光度的测定 实验步骤 • 恒温（25oC） • 现配蔗糖溶液：10g蔗糖＋50mL蒸馏水 • 分别用移液管吸取蔗糖和盐酸溶液25.00mL在两个干燥的锥形瓶内，加盖。恒温后迅速混合，开始计时，立即用少量反应液荡洗旋光管，然后将反应液装满旋光管，放入恒温槽中，当反应分别进行到5、10、15、20、30、50、75、100min等，测量旋光度，一直测量到旋光度为负值为止。(测量要快速、准确) • 升高温度至 35oC，测定不同温度下蔗糖的水解速率。

三、α∞的测量 实验步骤将锥形瓶内剩余的反应混合液，置于50～55oC的水浴内温热120min，使其加速反应至完全。然后取出，冷至实验温度下测定旋光度，既为α∞值。注意：温度不能太高，否则会引起副反应

数据处理 • 以ln(αt-α∞)对t作图，由直线斜率求反应速率常数k并计算反应半衰期t1/2。 • 根据实验测得的k（T1）和k（T2），利用阿仑尼乌斯（Arrhenius）公式计算反应的平均活化能。

实验注意事项 • 快而准：快速调出三分视野相同的暗视野 • 注意实验温度 • 旋光仪不要长时间开启 • 实验结束时，应将旋光管洗净干燥，防止酸对旋光管得腐蚀。

思考题 • 试问在蔗糖转化反应过程中为什么可用蒸馏水来校正旋光仪的零点？所测的旋光度αt是否必须要进行零点校正？ • 配置蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果是否有影响？ • 在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液里去了，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去？为什么？ • 用长的旋光管好，还是短的好？ • 旋光度的测定还能有那些应用？

旋光法测定蔗糖转化反应 的速率常数