蔗糖水解反應(yīng)速度常數(shù)的測(cè)定

蔗 糖 水 解 反 應(yīng) 速 度 常 數(shù) 的 測(cè) 定一 、 實(shí) 驗(yàn) 目 的 二 、 實(shí) 驗(yàn) 原 理三 、 藥 品 儀 器 四 、 實(shí) 驗(yàn) 步 驟五 、 實(shí) 驗(yàn) 記 錄 六 、 數(shù) 據(jù) 處 理八 、 注 意 事 項(xiàng) 九 、 思 考 題七 、 結(jié) 果 分 析 與 討 論 實(shí) 驗(yàn) 目 的 1.測(cè) 定 蔗 糖 轉(zhuǎn) 化 反 應(yīng) 的 速 率 常 數(shù) 和 半 衰 期 ； 2.了 解 該 反 應(yīng) 的 反 應(yīng) 物 濃 度 與 旋 光 度 之 間 的 關(guān) 系 ； 3.了 解 旋 光 儀 的 基 本 原 理 ， 掌 握 旋 光 儀 的 正 確 使 用方 法 。 實(shí) 驗(yàn) 原 理 蔗 糖 是 從 甘 蔗 內(nèi) 提 取 的 一 種 純 有 機(jī) 化 合 物 ，也 是 和 生 活 關(guān) 系 最 密 切 的 一 個(gè) 天 然 碳 水 化 合 物 ，它 是 由 D-(-)-果 糖 和 D-(+)-葡 萄 糖 通 過 半 縮 酮 和 半縮 醛 的 羥 基 相 結(jié) 合 而 生 成 的 。 蔗 糖 經(jīng) 酸 性 水 解 后 ， 產(chǎn) 生 一 分 子 D-葡 萄 糖 和一 分 子 D-果 糖 ： 蔗 糖 葡 萄 糖 果 糖 612661262112212 OHCOHCOHOHC H 該 反 應(yīng) 是 一 個(gè) 二 級(jí) 反 應(yīng) ， 在 純 水中 此 反 應(yīng) 的 速 率 極 慢 ， 通 常 需 要 在 H +離 子 催 化 作 用 下 進(jìn) 行 。 由 于 反 應(yīng) 時(shí) 水 是 大 量 存 在 的 ， 盡管 有 部 分 參 與 了 反 應(yīng) ， 仍 可 近 似 地 認(rèn)為 整 個(gè) 反 應(yīng) 過 程 中 水 的 濃 度 是 恒 定 的 ；而 且 H +是 催 化 劑 ， 其 濃 度 也 保 持 不 變 。因 此 蔗 糖 反 應(yīng) 可 看 作 為 假 一 級(jí) 反 應(yīng) 。 一 級(jí) 反 應(yīng) 的 速 率 方 程 為 ： KCdtdC 式 中 ： c 為 時(shí) 間 t時(shí) 的 反 應(yīng) 物 濃 度 0lnln CKtC 積 分 可 得 ：式 中 ： C0為 反 應(yīng) 開 始 時(shí) 反 應(yīng) 物 濃 度 。 K：t，tt，CC 2ln21 21210 即 為 反 應(yīng) 半 衰 期表 示可 用時(shí) 間時(shí)當(dāng) K為 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù) （ 1） =K t或 因 為 蔗 糖 及 其 轉(zhuǎn) 化 產(chǎn) 物 都 具 有 旋光 性 ， 而 且 它 們 的 旋 光 能 力 不 同 ， 故可 以 利 用 體 系 在 反 應(yīng) 進(jìn) 程 中 旋 光 度 變化 來 度 量 反 應(yīng) 進(jìn) 程 。 本 實(shí) 驗(yàn) 通 過 測(cè) 定 反 應(yīng) 液 的 旋 光 度來 求 得 蔗 糖 水 解 反 應(yīng) 的 速 率 常 數(shù) k和半 衰 期 t1/2。 =C 式 中 ： 比 例 常 數(shù) 與 物 質(zhì) 旋 光 能 力 、 溶 劑 性質(zhì) 、 樣 品 管 長(zhǎng) 度 及 溫 度 等 有 關(guān) 。 物 質(zhì) 的 旋 光 能 力 用 比 旋 光 度 來 度 量 ，比 旋 光 度 用 下 式 表 示 ： AD Cl 100 20 ).100/( ),(, ),589( ,2020 020 mlgC dml nmDD CA D為 濃 度 為 樣 品 管 長(zhǎng) 度為 測(cè) 得 的 旋 光 度 即線 的 波 長(zhǎng)是 指 用 鈉 燈 光 源 表 示 實(shí) 驗(yàn) 時(shí) 溫 度 為右 上 角 的 反 應(yīng) 物 蔗 糖 是 右 旋 性 物 質(zhì) ， 其 比 旋 光度 D20=66.6o； 生 成 物 中 葡 萄 糖 也 是 右 旋 性物 質(zhì) ， 其 比 旋 光 度 D20=52.5o； 但 果 糖 是 左旋 性 物 質(zhì) ， 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 質(zhì) 。 因 此隨 著 反 應(yīng) 的 進(jìn) 行 ， 體 系 的 右 旋 角 不 斷 減 少 ，反 應(yīng) 至 某 一 瞬 間 ， 體 系 的 旋 光 度 可 恰 好 等于 零 ， 而 后 就 變 成 左 旋 ， 直 至 蔗 糖 完 全 水解 ， 這 時(shí) 左 旋 角 達(dá) 到 最 大 值 。 設(shè) 體 系 最 初 的 旋 光 度 為 ： 00 C反 （ t=0， 蔗 糖 尚 未 轉(zhuǎn) 化 ） 當(dāng) 時(shí) 間 為 t時(shí) ， 蔗 糖 濃 度 為 C， 此 時(shí)旋 光 度 為 t， 即 ：體 系 最 終 的 旋 光 度 為 ： 0C生 （ t=， 蔗 糖 已 完 全 轉(zhuǎn) 化 ）)( 0 CCCt 生反 （ 2）（ 3）（ 4） 0- =(反 -生 )C0 (5) t- =(反 -生 )C (6) (5)式 除 以 (6)式 ， 得 ： (7) 將 (7) 式 代 入 (1)式 即 得 ： )ln()ln( 0 Ktt 顯 然 ， 以 ln(t-)對(duì) t作 圖 可 得 一 直線 ， 從 直 線 斜 率 即 可 求 得 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù)K。 若 知 道 不 同 溫 度 下 的 速 率 常 數(shù) ， 則可 求 出 反 應(yīng) 的 活 化 能 Ea值 ： 1212 21 ln KKTT TRTEa 藥 品 儀 器1. 旋 光 儀 ；2. 超 級(jí) 恒 溫 器 ；3.電 熱 恒 溫 水 浴 鍋 ；4. 移 液 管 、 錐 形 瓶 、 容 量 瓶 等 ；5. 蔗 糖 (10 )、 H Cl(2mol/L)等 。 實(shí) 驗(yàn) 步 驟開 啟 恒 溫 器旋 光 儀 開 關(guān) 調(diào) 節(jié) 溫 度儀 器 調(diào) 零 關(guān) 閉 旋 光 儀整 理 實(shí) 驗(yàn) 臺(tái) 蔗 糖 鹽 酸恒 溫 15分水 解 過 程 的旋 光 度 測(cè) 定 完 全 水 解 的旋 光 度 測(cè) 定 溫 度 設(shè) 定 及 旋 光 儀 零 點(diǎn) 校 正 溫 度 設(shè) 定 ： 調(diào) 節(jié) 恒 溫 器 的 接 點(diǎn) 溫 度 計(jì) ，至 25 （ 以 玻 璃 溫 度 計(jì) 為 準(zhǔn) ） 旋 光 儀 零 點(diǎn) 校 正 ： 用 蒸 餾 水 清 洗 樣 品 管后 ， 向 管 內(nèi) 倒 滿 蒸 餾 水 （ 不 產(chǎn) 生 氣 泡 ） ，用 濾 紙 吸 干 管 外 壁 的 水 ， 將 樣 品 管 放 入旋 光 儀 中 ， 調(diào) 整 旋 光 度 的 刻 度 值 為 零 或其 零 刻 度 附 近 。 用 移 液 管 吸 取 25ml10 蔗 糖 溶 液 加 入 到 50ml的 磨 口 三 角 瓶 中 。 用 移 液 管 吸 取 25ml2mol/L鹽 酸 加 入 到 50ml的 磨 口 三 角 瓶 中 。 把 兩 個(gè) 三 角 瓶 同 時(shí) 放 入 超 級(jí) 恒 溫 器 中 ，恒 溫 15分 鐘 。 待 蔗 糖 與 鹽 酸 溶 液 恒 溫 15分 鐘 后 取 出 ，把 鹽 酸 溶 液 倒 入 到 蔗 糖 溶 液 中 ， 加 入 一半 時(shí) 開 始 計(jì) 時(shí) ， 全 部 加 入 后 搖 勻 ； 混 合 后 的 溶 液 ， 倒 入 旋 光 管 中 （ 不 產(chǎn) 生氣 泡 ） ， 用 濾 紙 吸 干 管 外 壁 的 溶 液 ， 將旋 光 管 放 入 旋 光 儀 中 ， 每 5分 鐘 測(cè) 一 次旋 光 度 的 值 ， 20分 鐘 后 ， 每 10分 鐘 測(cè) 一次 ， 在 40分 鐘 、 55分 鐘 、 75分 鐘 、 100分 鐘 各 測(cè) 一 次 旋 光 度 的 值 ， 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 束 。 把 剩 余 的 水 解 反 應(yīng) 液 ， 放 在 電 熱 恒溫 水 浴 鍋 中 ， 在 60 條 件 下 恒 溫 30分 鐘 ， 然 后 移 到 超 級(jí) 恒 溫 器 中 恒 溫 15分 鐘 。 測(cè) 定 完 全 水 解 的 旋 光 度 的 值 即 。 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 記 錄實(shí) 驗(yàn) 日 期 ： ；超 級(jí) 恒 溫 器 溫 度 ： ； 旋 光 儀 零 點(diǎn) ： 。t的 測(cè) 定 ：最 終 旋 光 度 = 。 時(shí) 間 (min)旋 光 度 t 數(shù) 據(jù) 處 理1.計(jì) 算 t-和 ln(t-)；2.作 ln(t-)t關(guān) 系 圖 ； 3.計(jì) 算 直 線 斜 率 k， 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù) K；4.求 出 半 衰 期 t1/2。 計(jì) 算 t- 和 ln( t- )的 結(jié) 果時(shí) 間 (min) t- ln( t- ) t1 t2 t(min)0 A B 直 線 斜 率 ： 21 21 )ln()ln( ttk tt 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù) ： kK 半 衰 期 ： Kt 2ln21 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 討 論 結(jié) 果 ： 實(shí) 測(cè) 值 為 = 計(jì) 算 實(shí) 驗(yàn) 偏 差 ： 分 析 產(chǎn) 生 偏 差 的 原 因 ： 有 何 建 議 與 想 法 ？ 注 意 事 項(xiàng) ：1.裝 上 溶 液 后 的 樣 品 管 內(nèi) 不 能 有 氣 泡 產(chǎn) 生 ， 樣品 管 要 密 封 好 ， 不 要 發(fā) 生 漏 液 現(xiàn) 象 ；2.樣 品 管 洗 滌 及 裝 液 時(shí) 要 保 管 好 玻 璃 片 和 橡 皮墊 圈 ， 防 止 摔 碎 或 丟 失 ；3.配 制 蔗 糖 溶 液 時(shí) 要 注 意 使 蔗 糖 固 體 全 部 溶 解 ，并 充 分 混 均 溶 液 ；4.測(cè) 定 時(shí) ， 要 注 意 被 測(cè) 樣 品 在 5060 條 件恒 溫 50min后 (但 不 能 超 過 60 ， 否 則 有 副 反應(yīng) 發(fā) 生 )， 移 到 超 級(jí) 恒 溫 器 中 再 恒 溫 20min；5.必 須 對(duì) 旋 光 儀 調(diào) 零 校 正 ， 若 調(diào) 不 到 零 ， 需 要進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 校 正 。 思 考 題 1.在 混 合 蔗 糖 溶 液 和 鹽 酸 溶 液 時(shí) ， 是 將 鹽 酸 溶液 加 到 蔗 糖 溶 液 中 ， 可 否 將 蔗 糖 溶 液 加 到 鹽 酸溶 液 中 ？ 為 什 么 ？ 2.若 不 用 蒸 餾 水 校 正 旋 光 儀 的 零 點(diǎn) ， 是 否 會(huì) 影響 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 的 準(zhǔn) 確 度 ？ 3.如 何 從 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 ， 分 析 說 明 蔗 糖 水 解 反 應(yīng) 為一 級(jí) 反 應(yīng) ？ 影 響 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù) 的 因 素 有 哪 些 ？ 4.測(cè) 定 時(shí) ， 蔗 糖 水 解 反 應(yīng) 液 恒 溫 的 溫 度 不 能超 過 60 。 為 什 么 ？ 重 點(diǎn) 難 點(diǎn)重點(diǎn)：掌握旋光儀的使用方法；蔗糖水解反應(yīng)用旋光度表示動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)。難點(diǎn)：旋光儀的構(gòu)造及原理。 文 獻(xiàn) 值 ：溫 度 和 鹽 酸 濃 度 對(duì) 蔗 糖 水 解 速 率 常 數(shù) K的 影 響HCl/molL-1 K103/min-1 K103/min-1 K103/min-125 (298.15K) 30 (308.15K) 35 (318.15K)0.0502 0.4169 1.738 6.2130.2512 2.255 9.355 35.860.4137 4.043 17.00 60.620.9000 11.16 46.76 148.81.214 17.455 75.97注 ： 蔗 糖 溶 液 的 濃 度 均 為 10% 活 化 能 E a=108kJ/mol