蔗糖转化反应动力学实验报告.doc

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姓名:学号:班级:
1实验目的
测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期。
了解旋光度的概念,学习旋光度的测量方法及在化学反应动力学研究中的应用。
2原理
蔗糖在水溶液中的转化反应为
此反应是一个二级反应,在纯水中反应速率极慢,通常需要在H+的催化作用下进行。当蔗糖含量不大时,反应过程中水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应,仍可认为整个反应过程中水的浓度是恒定的。H+是催化剂,其浓度也保持不变。则此蔗糖转化反应可以看作是准一级反应,反应速率为
式中:k为蔗糖转化反应速率常数,c蔗为时间t时蔗糖的浓度。
当t=0时,
当时,相应的时间t即为半衰期,且
测定不同t时的c蔗可求得k。在化学反应动力学研究中,要求能实时测定某反应物或生成物的浓度,且测量过程对反应过程没有干扰,本实验通过测量旋光度来代替反应物或生成物浓度的测量。
旋光性物质的旋光角
式中:αm为旋光性物质的质量旋光本领,与温度、溶剂、偏振光波长等有关;m为旋光性物质在截面积为A的线性偏振光束途径中的质量。由此式可得
M为旋光性物质的摩尔质量,l为旋光管的长度。当温度、溶剂、偏振光波长、旋光物质与旋光管长度一定时,将上式改写为
式中A为常数。当旋光管中同时存在多种旋光性物质时,总的旋光角等于各旋光性物质旋光角之和。
蔗糖、葡萄糖和果糖都具有旋光性,但旋光能力不同,因此,随着反应的进行,蔗糖、葡萄糖、果糖的浓度发生变化,总旋光角也发生变化。蔗糖、葡萄糖为右旋,果糖为左旋。所以反应过程中右旋角不断减小,反应完毕时溶液呈左旋。
蔗糖水解反应过程中,不同时间t时,反应物、生成物浓度为
得
以对t作图,则图为一直线,由直线斜率可求得蔗糖转化反应速率常数k。
3仪器和试剂
旋光仪 恒温槽
磨口塞锥形瓶(250ml) 烧杯(100ml、1000ml)
移液管(50ml) 蔗糖(.)
HCl溶液 容量瓶(50ml)
4实验操作
打开恒温槽,将设定温度调至55℃。
配制溶液:,注入50ml容量瓶,稀至刻度。
配制盐酸溶液50mlHCl溶液(·dm-3)于干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中。
将蔗糖溶液倒入另一干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中,将50mlHCl溶液迅速倒入蔗糖溶液中,同时开动秒表计时。两瓶应来回倒几次,使溶液倒尽,并加塞混匀。
迅速取少量混合液洗涤旋光测试管两次,在测试管内装满混合液,用镜头纸将测试管两端玻璃片擦干,迅速放入旋光仪内,测量第一个数据α1,同时记录时间,测定α1尽量在3min内完成。以后每隔2min测一次。至少测量至旋光度为负值(左旋)。
将剩余混合液置于55℃水浴内保温30min,然后冷却至实验温度测α∞。
所测旋光角为室温下值,取平均值。
充分洗净测试管,擦净后放回仪器盒,以防酸蚀。洗净锥形瓶并晾干。
5注意事项
本实验用HCl溶液作催化剂,如果HCl溶液浓度改变,蔗糖转化速率也会变化。
为了获得α∞,将溶液置于50~60℃的水浴内恒温,注意温度不能高于60℃,否则会产生副反应。
测试中有酸,旋光测定管使用后,应确保充分洗净,以防止金属部分腐蚀。
6数据记录及处理
列表记录实验条件、时间t及相应旋光角αt,会出αt-t曲线。
以ln(αt-α∞)对t作图,根据(7)式斜率的反应速率常数k,并计算半衰期t1/2.
编号
1
2
3
4
5
时间/min





旋光角/度










6
7
8
9
10
11
12





















13
14
15
16
17
18
19






∞




-
-
-






αt-t图线:
将αt依次带入,得到ln(αt1α∞),再以t为横轴,为ln(αt-α∞)纵轴作图得下图:
实验总结:
在本次实验的过程中使用了旋光仪,学习了旋光度在测量溶液浓度方面的应用,对于实际操作而言:分解反应一直在298K的恒温槽中进行,测试管在不进行测量时也一直放置在298K的恒温槽中保温,因此反应温度和测试温度都达到了实验要求。在进行了3次测量以后,我组发现恒温槽温度略高于其标定的
25℃,我组由此更换了恒温槽以确保实验准确,所以我组尽量在初值误差对测量造成明显影响之前完成测量。因为实验前预习的较充分,对实验的大致步骤较为清楚,所以实验过程没有出现目的不明确的情况。
实验是理论的坚实基础。只有在实验中探索和发现才能有收获。
思考题:
计算理论值。
解:α0=αmMlc
==°
a∞=amMlc又因为两旋光度数据:×10-2、-×10-2(rad*m2*kg-1)
得:α∞=(αm(葡萄糖)·M(葡萄糖)+αm(蔗糖)·M(蔗糖))·l·c
=(-2ra·m2·kg-1X1000X180g·mol-1--2rad·m2·kg-1X1000X180g·mol-1)(10g/342g·mol-1/)
=-
考虑到反应物有水,产物浓度会变高,所以与实际情况吻合。
(2) ,?
答:,。使用高精度天平步骤繁杂耗时长。
(3) 两溶液混合时,可否将蔗糖溶液往盐酸溶液里加入?为什么?
答:不可以。若将蔗糖倒入盐酸,在倒入时,开始少量的蔗糖溶液进入盐酸溶液,少量的蔗糖溶液在浓度相对较高的H+离子下很快反应,导致旋光度骤降,实验无法继续进行。