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旋光度法测定蔗糖水解反应的速率常数
实验七一级反应——蔗糖的转化
一、实验目的
。
。
,掌握其使用方法。
二、预习要求
。
2..掌握αt与α∞的测定方法。
。
三、实验原理
蔗糖转化反应为:
C12H22O11+H2O → C6H12O6 + C6H12O6
蔗糖葡萄糖果糖
为使水解反应加速,常以酸为催化剂,故反应在酸性介质中进行。由于反应中水是大量的,可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。而H+是催化剂,其浓度也是固定的。所以,此反应可视为假一级反应。其动力学方程为
?dc?kc (1) dT
式中,k为反应速率常数;C为时间t时的反应物浓度。
将(1)式积分得:
lnc?kt?lnc0 (2)
式中,c0为反应物的初始浓度。当c=1/2c0时,t可用t1/2表示,即为反应的半衰期。由(2)式可得:
t?? (3) kk
蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但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衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。
为了比较各种物质的旋光能力,引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示:
[?]t
D??
l?c (4)
式中,t为实验温度(℃);D为光源波长;α为旋光度;l为液层厚度(m);c为浓度(kg·m-3)。由(4)式可知,当其它条件不变时,旋光度α与浓度C成正比。
在蔗糖的水解反应中,反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α]20。产物中葡萄D =°
糖也是右旋性物质,其比旋光度[α]20;而产物中的果糖则是左旋性物质,其比旋光度[α]20
D=°D
=-°。因此,随着水解反应的进行,右旋角不断减小,最后经过
零点变成左旋。旋光度与浓度成正比,并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为0,t,∞时溶液的旋
光度分别用α0,αt,α∞表示。则:
α0=K反c0 (表示蔗糖未转化) (6)
α∞=K生c0 (表示蔗糖已完全转化) (7)
式(6)、(7)中的K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。
αt =K反c +K生(c0-c) (8)
由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得:
c0??0???
K反?K生?K???0???? (9)
c?
将(9)、(10)两式代入(2)式即得: ?t???K反?K生?K???t???? (10)
ln??t??????kt?ln??0???? (11)
由(11)式可见,以ln(αt-α∞)对t作图为一直线,由该直线的斜率即可求得反应速率常数k。进而可求得半衰期t1/2。根据阿累尼乌斯公式lnk2Ea(T2?T1)?,可求出蔗糖转化反应的活化能Ea。 k1RT1T2
四、仪器与药品

旋光仪1台;恒温旋光管1只;恒温槽1套;台称1台;停表1块;烧杯(100mL