实验旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数精.ppt

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1、实验旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数第1页，本讲稿共33页实验目的 1.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期；2.了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；3.了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。第2页，本讲稿共33页实验原理 蔗糖是从甘蔗内提取的一种纯有机化合物，也是和生活关系最密切的一个天然碳水化合物，它是由D-(-)-果糖和D-(+)-葡萄糖通过半缩酮和半缩醛的羟基相结合而生成的。蔗糖经酸性水解后，产生一分子D-葡萄糖和一分子D-果糖：蔗糖 葡萄糖 果糖第3页，本讲稿共33页 该反应是一个三级反应，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。由于反应时水是大量存

2、在的，尽管有部分参与了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖反应可看作为假一级反应。第4页，本讲稿共33页一级反应的速率方程为：式中：C为时间t时的反应物浓度，积分可得：式中：C0为反应开始时反应物浓度。K为反应速率常数。（1）第5页，本讲稿共33页 因为蔗糖及其转化产物都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度变化来度量反应进程。本实验通过测定反应液的旋光度来求得蔗糖水解反应的速率常数K和半衰期t1/2。第6页，本讲稿共33页 溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度

3、等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度与反应物浓度呈线性关系，即：=C 式中：比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度及温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：第7页，本讲稿共33页 反应物蔗糖是右旋性物质，其比旋光度D20=66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度D20=52.5o；但果糖是左旋性物质，其比旋光度D20=-91.9o。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减少，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，直至蔗糖完全水解，这时左旋角达到最大值。第8页，本讲稿共3

4、3页设体系最初的旋光度为：（t=0，蔗糖尚未转化）当时间为t时，蔗糖浓度为C，此时旋光度为t，即：体系最终的旋光度为：（t=，蔗糖已完全转化）（2）（3）（4）第9页，本讲稿共33页将(2)、(3)和(4)式代入(1)式即得：显然，以ln(t-)对t作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数K。若知道不同温度下的速率常数，则可求出反应的活化能Ea值：第10页，本讲稿共33页药品仪器1.WZZ-1自动指示旋光仪；2.501型超级恒温器；3.单孔电热恒温水浴锅；4.移液管、锥形瓶、容量瓶等；5.蔗糖(AR)、HCl(2mol/L)；6.等等。第11页，本讲稿共33页WZZ-1自动指示旋光仪(实

5、物图片实物图片)光源小孔光栅物镜滤色片偏振镜偏振镜磁旋线圈样品管光电倍增管自动高压蜗轮蜗杆功率放大器选频放大器前置放大器计数器电机自动旋光仪工作原理示意图自动旋光仪工作原理示意图第12页，本讲稿共33页实验步骤开启恒温器开启恒温器旋光仪开关旋光仪开关称取蔗糖称取蔗糖配制盐酸配制盐酸调节温度调节温度仪器调零仪器调零水解过程的水解过程的旋光度测定旋光度测定完全水解的完全水解的旋光度测定旋光度测定蔗糖盐酸蔗糖盐酸恒温恒温20分分第13页，本讲稿共33页温度设定及旋光仪零点校正l温度设定：调节超级恒温器的接点温度计，至30（以玻璃温度计为准）l旋光仪零点校正：用蒸馏水清洗样品管后，向管内倒满蒸馏水（不

6、产生气泡），用滤纸吸干管外壁的水，将样品管放入旋光仪中，调整旋光度的刻度值为零或其零刻度附近。第14页，本讲稿共33页l在烧杯中称取约15g蔗糖，然后加入30ml蒸馏水溶解，静置澄清，把澄清后的溶液倒入50ml容量瓶中，加蒸馏水至刻度，摇匀，倒入100ml的磨口三角瓶中。l用移液管吸取25ml2mol/L盐酸加入到50ml容量瓶中，加蒸馏水至刻度，摇匀，倒入100ml的磨口三角瓶中。l把两个三角瓶同时放入超级恒温器中，恒温20分钟。第15页，本讲稿共33页l把装有蔗糖、盐酸溶液的两个三角瓶同时放入超级恒温器中，恒温20分钟。第16页，本讲稿共33页l待蔗糖与盐酸溶液恒温20分钟后取出，把盐酸溶

7、液倒入到蔗糖溶液中，加入一半时开始计时，全部加入后摇匀；l混合后的溶液，倒入样品管中（不产生气泡），用滤纸吸干管外壁的溶液，将样品管放入旋光仪中，每2分钟测一次旋光度的值，20分钟后，改为每5分钟测一次旋光度的值，至80分钟，实验结束。第17页，本讲稿共33页l把剩余的水解反应液，放在单孔电热恒温水浴锅中，在5060条件下恒温50分钟，然后移到超级恒温器中恒温20分钟。l方法同上。测定完全水解的旋光度的值即。第18页，本讲稿共33页实验数据记录实验日期：；超级恒温器温度：；旋光仪零点：。t的测定：最终旋光度=。时间(min)旋光度t第19页，本讲稿共33页数据处理1.计算t-和ln(t-)；2

8、.作ln(t-)t关系图；3.计算直线斜率k，反应速率常数K；4.求出半衰期t1/2；5.文献值。第20页，本讲稿共33页计算t-和ln(t-)的结果时间(min)t-ln(t-)第21页，本讲稿共33页t1 t2 t(min)ln(ln(t t-)0ABln(ln(t t-)1 1ln(ln(t t-)2 2第22页，本讲稿共33页 直线斜率：反应速率常数：第23页，本讲稿共33页 半衰期：第24页，本讲稿共33页文献值：温度和盐酸浓度对蔗糖水解速率常数K的影响HCl/molL-1K103/min-1K103/min-1K103/min-125(298.15K)30(308.15K)35(3

9、18.15K)0.05020.41691.7386.2130.25122.2559.35535.860.41374.04317.0060.620.900011.1646.76148.81.21417.45575.97注：蔗糖溶液的浓度均为10%活化能Ea=108kJ/mol第25页，本讲稿共33页实验结果与讨论结果：实测值为=计算实验偏差：分析产生偏差的原因：有何建议与想法？第26页，本讲稿共33页注意事项：1.装上溶液后的样品管内不能有气泡产生，样品管要密封好，不要发生漏液现象；2.样品管洗涤及装液时要保管好玻璃片和橡皮垫圈，防止摔碎或丢失；3.配制蔗糖溶液时要注意使蔗糖固体全部溶解，并充分

10、混均溶液；4.测定时，要注意被测样品在5060条件恒温50min后(但不能超过60，否则有副反应发生)，移到超级恒温器中再恒温20min；5.必须对旋光仪调零校正，若调不到零，需要进行数据校正。第27页，本讲稿共33页思考题 1.在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，是将盐酸溶液加到蔗糖溶液中，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中？为什么？2.若不用蒸馏水校正旋光仪的零点，是否会影响实验结果的准确度？3.如何从实验结果，分析说明蔗糖水解反应为一级反应？影响反应速率常数的因素有哪些？4.测定时，蔗糖水解反应液恒温的温度不能超过60。为什么？第28页，本讲稿共33页重点难点l重点：掌握旋光仪的使用方法；蔗糖水解反应用旋光度表示动力学方程推导。l难点：旋光仪的构造及原理。第29页，本讲稿共33页第30页，本讲稿共33页第31页，本讲稿共33页第32页，本讲稿共33页第33页，本讲稿共33页