一級(jí)反應(yīng)----蔗糖水解 - 延邊大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心- …

1、蔗糖水解反應(yīng)速度常數(shù)的測(cè)定,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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)?zāi)康?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-

2、(-)-果糖和D-(+)-葡萄糖通過(guò)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,該反應(yīng)是一個(gè)三級(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(guò)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

3、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：,式中：C為時(shí)間t時(shí)的反應(yīng)物濃度，,積分可得：,式中：C0為反應(yīng)開(kāi)始時(shí)反應(yīng)物濃度。,K為反應(yīng)速率常數(shù)。,（1）,因?yàn)檎崽羌捌滢D(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(lái)度量反應(yīng)進(jìn)程。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定反應(yīng)液的旋光度來(lái)求得蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)K和半衰期t1/2。,溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的旋光能力、溶劑性質(zhì)、溶液濃度、樣品管長(zhǎng)度及溫度等均有關(guān)系。

4、當(dāng)其它條件均固定時(shí)，旋光度α與反應(yīng)物濃度Ｃ呈線性關(guān)系，即：α=βC 式中：比例常數(shù)β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(lái)度量，比旋光度用下式表示：,反應(yīng)物蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]D20=66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]D20=52.5o；但果糖是左旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]D20=-91.9o。,由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大

5、，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α∞。,設(shè)體系最初的旋光度為：,（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αt，即：,體系最終的旋光度為：,（t=∞，蔗糖已完全轉(zhuǎn)化）,（2）,（3）,（4）,將(2)、(3)和(4)式代入(1)式即得：,顯然，以ln(αt-α∞)對(duì)t作圖可得一直線，從

6、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：,藥品儀器,1. 旋光儀；2. 501型超級(jí)恒溫器；3. 單孔電熱恒溫水浴鍋；4. 移液管、錐形瓶、容量瓶等；5. 蔗糖(AR)、HCl(2mol/L)；6. 等等。,實(shí)驗(yàn)步驟,開(kāi)啟恒溫器旋光儀開(kāi)關(guān),稱(chēng)取蔗糖配制鹽酸,調(diào)節(jié)溫度儀器調(diào)零,水解過(guò)程的旋光度測(cè)定,完全水解的旋光度測(cè)定,蔗糖鹽酸恒溫15分,,,,,,溫度設(shè)定及旋光儀零點(diǎn)校正,溫度

7、設(shè)定：調(diào)節(jié)恒溫器的接點(diǎn)溫度計(jì)，至20℃（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?jié)M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。,在燒杯中稱(chēng)取約10g蔗糖，然后加入30ml蒸餾水溶解，靜置澄清，把澄清后的溶液倒入50ml容量瓶中，加蒸餾水至刻度，搖勻，倒入100ml的磨口三角瓶中。用移液管吸取25ml2mol/L鹽酸加入到50ml容量瓶中，加蒸餾水至刻

8、度，搖勻，倒入100ml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。,把裝有蔗糖、鹽酸溶液的兩個(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(kāi)始計(jì)時(shí)，全部加入后搖勻；混合后的溶液，倒入樣品管中（不產(chǎn)生氣泡），用濾紙吸干管外壁的溶液，將樣品管放入旋光儀中，每5分鐘測(cè)一次旋光度的值，20分鐘后，在30分鐘、50分鐘、75分鐘、100分鐘各測(cè)一次

9、旋光度的值，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。,把剩余的水解反應(yīng)液，放在單孔電熱恒溫水浴鍋中，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α∞。,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)： 。αt的測(cè)定：最終旋光度α∞= 。,數(shù)據(jù)處理,1.計(jì)算αt-α∞和ln(αt-α∞)；2.作ln(αt-α∞)~t關(guān)系圖； 3.計(jì)算直線斜率k，反應(yīng)速率常數(shù)

10、K；4.求出半衰期t1/2；5.文獻(xiàn)值。,計(jì)算αt-α∞和ln(αt-α∞)的結(jié)果,,,,t1 t2 t(min),ln(αt-α∞),0,,,,,,,A,B,ln(αt-α∞)1,ln(αt-α∞)2,,直線斜率：,反應(yīng)速率常數(shù)：,,半衰期：,文獻(xiàn)值：,溫度和鹽酸濃度對(duì)蔗糖水解速率常數(shù)

11、K的影響,注：蔗糖溶液的濃度均為10% 活化能Ea=108kJ/mol,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論,⑴結(jié)果：實(shí)測(cè)值為Ｋ=⑵計(jì)算實(shí)驗(yàn)偏差：⑶分析產(chǎn)生偏差的原因：⑷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α∞時(shí)，要注意被測(cè)樣品在50

12、~60℃條件恒溫50min后(但不能超過(guò)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(shuō)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α