蔗糖转化反应动力学

蔗糖转化反应动力学

姓名：刘恺 学号：1120123036

一、 实验目的

1) 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。

2) 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。

二、实验原理

蔗糖在水溶液中的转化反应为

]C12H22O11?蔗糖??H2O?[H???C6H12O6?葡萄糖??C6H12O6?果糖?

?此蔗糖转化反应可以看作是准一级反应，反应速率为

dc蔗dc葡dc果??????kc蔗 （C18.1）

dtdtdt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，蔗糖的浓度为c0,蔗 ，积分上式得

c0,蔗(C18.2) ln?kt

c蔗1c0,蔗 时，相应的时间t即为半衰期t1，且

22ln20.6931 (C18.3) t1??2kk测定不同t时的c蔗可求得k 。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

?m（C18.4） ??m

A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

?nMl??m??mMlc （C18.5）

AlM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

(C18.6) ??Ac

式中A为常数。同时存在多种旋光性物质时，旋光角等于各物质旋光角之和。

ln(?t???)??kt?ln(?0???) （C18.7）

当c蔗?以ln(?t???)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 。

三、仪器和试剂

旋光仪 秒表

磨口塞锥形瓶（250ml） 移液管（50ml）

HCl溶液（3.0mol·dm-3）

恒温槽

容量瓶（50ml）

烧杯（100ml、1000ml） 蔗糖（A.R.）

四、实验操作

1) 打开恒温槽，调节恒温槽上定温计，将设定温度调至55℃。

2) 配制20％蔗糖水溶液：10.0g蔗糖用少量水溶解，注入50ml容量瓶，稀至刻度，若溶液混浊则需过滤。

3) 用移液管取50ml HCl溶液（3.0mol·dm-3）于干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中备用。

4) 将配好的蔗糖溶液倒入另一干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中，将上述锥形瓶中的50mlHCl溶液迅速倒入蔗糖溶液中，同时开动秒表计时（注意秒表中间不要暂停）。两瓶应来回倒几次，使溶液倒尽，并加塞混匀。

5) 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，注意管内液体中不能混有气泡。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 ，同时记录此时时间，测定α1尽量在3min内完成。以后每隔1～3min测一次，同时记录相应的时间。15min后可延长时间间隔，至少测量至旋光度为负值（左旋）。如何正确读数（即αt与t同时读准），及时间间隔。 6) 将倒入测试管后的剩余混合液置于50～60℃水浴内保温30min ，然后冷却至实验温度测α∞ 。在恒温水浴内保温时注意防止溶液挥发导致浓度改变。 7) 本实验中，样品管未恒温，所测旋光角为室温下值，注意室温变化较大时，取平均值。

8) 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。

五、数据处理

1) 列表记录实验条件、时间t及相应旋光角αt ，并计算出相应的ln（αt- ??）。 实验求得??=-3.915

编号 时间 旋光角 编号 时间 旋光角 1 5:40 2 8:21 10.380 2.660 11 40:13 3.150 1.955 3 11:21 9.280 2.580 12 44:57 2.660 1.883 4 13:57 8.405 2.511 13 50:13 2.130 1.799 5 16:40 7.535 2.438 14 55:01 1.680 1.722 6 17:27 6.645 2.357 15 60:32 1.205 1.633 7 23:00 5.800 2.274 16 65:21 0.905 1.573 8 27:14 4.980 2.185 17 70:27 0.480 1.480 9 31:01 4.370 2.114 18 75:43 -0.085 1.343 11.405 2.729 10 35:32 3.710 2.031 2）对t用origin作图，如下：

3）以

对t用orgin作图,如下：

因为

由图可知：k=0.0187

t1?2

ln20.6931??37.06min k0.0187

六、思考题

1) 计算?0

由图可知截距ln(?0???) 为2.75606，??=-3.915，可以算得?0=1.94612 2) 配制蔗糖溶液时，使用0.1g精度的天平，而无需使用0.1mg精度的天平，为什么？

因为要求配10.0g的蔗糖溶液，只要精确到小数点后第一位，因此只需用精度为0.1g的天平即可。

3) 将盐酸溶液与蔗糖溶液混合时，是将盐酸溶液加入到蔗糖溶液中，反之是否可以？为什么？

不可以。因为将盐酸加入到蔗糖溶液中由于反应中水大量存在，消耗的水可忽略不计，所以该反应可看作是准一级反应。反之蔗糖的起始浓度就是一个变化的值，先加入的蔗糖反应后，会影响起始浓度从而影响反应速率，不能再当作准一级反应看待。