实验七--旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数(新)

旋光法测定蔗糖转化反应的活化能

一、实验目的

1.了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。

2.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。

3.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。

二、 基本原理

蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，其反应为：

C 12H 22O 11+H 2O C 6H 12O 6+C 6H 12O 6 （蔗糖） （葡萄糖） （果糖）

它是一个二级反应，在纯水中此反应的速率很慢，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在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可近似地认为整个反应中水的浓度是恒定的；而且H +是催化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反应可看作是准一级反应。

一级反应的速率方程可由下式表示： –

dt

dc A

=A kc (1) C A 为时间t 时反应物的浓度，k 为反应速率常数。 积分可得：

0,ln ln A A c kt c +-= (2)

式中， C A,0为反应物的初始浓度。 当C A =1/2C A,0时，t 可用t 1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得:

(3)

从上式可以看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以c ln 对t 作图，可得一条直线，由直线的斜率可求得反应速率常数k ，由于反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是很困难的。但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，故可利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

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、样品管的长度及温度均有关系。当其它条件均固定时，旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系，即

α=βc （4） 式中比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度等有关。

作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度[α] =66.6º；生成物中葡萄糖也是右旋光性物质，其比旋光度[α] =52.5º，但果糖是左旋性物质，其比旋光度[α] =-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小，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，直至完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。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 ，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，

t α，∞α表示。

αt =β蔗c +(β葡+β果)（c 0- c ） （5）

α∞=(β葡+β果)c 0 （6）

由以上三式可得

c 0 =（α0-α∞）｛β蔗-(β葡+β果)｝-1 (7) c=（αt -α∞）｛β蔗-(β葡+β果)｝-1 (8)

将式(7)、（8）代入式（2）并整理得

经联立方程可推导出： ∞-ααt ln())ln(0∞-+-=ααkt 显然，以)ln(∞-ααt 对t 作图可得一直线，直线斜率即为-k 。 三、 仪器、试剂

WZZ-3型自动旋光仪 移液管（25ml ） 恒温水浴

蔗糖（分析纯） 容量瓶（50ml ） HCl （4.00N ） 锥形瓶（150ml ）

烧杯（50ml ）

四、 实验步骤

1． 自动旋光仪的使用

a) 将仪器电源插头插入220V 交流电

源，打开仪器右侧的电源开关，这时钠光灯应启辉，需经5分钟钠光灯才发光稳定。

b) 将仪器右侧的光源开关向上扳到支流位置，直流灯点亮后按“回车”键这时液晶显示

屏即有MODE L C n 选项显示（MODE 为模式，C 为浓度，L 为旋光管长度dm ，n 为测试次数；默认值：MODE ：1；L ：2.0；C ：0；n ：1）。

c) MODE1即为旋光度测试，所以在测试中无需改变参数的设置。MODE2：比旋度；

MODE3：浓度；MODE4：糖度； 2. 旋光仪的零点校正

蒸馏水为非旋光性物质，可以用来校正旋光仪的零点。校正时，先洗净样品管，再

向管内灌满蒸馏水，在上面形成一凸面，然后盖上玻璃片和套盖，此时管内不应有气泡存在；如果旋光管中有气泡，应先让气泡浮在凸颈处；通光面两端的雾状水滴，应用滤纸擦干；旋光管螺帽不宜旋的过紧，以免产生应力，影响读数；旋光管安放时应注意标记的位置和方向。将旋光管放放入旋光仪的光路中，盖上箱盖，此时旋光仪自动开始测量，待读数稳定后，按“清零”键，液晶屏上会显示0读数。 3. 反应过程的旋光度的测定

称取10g 蔗糖，在锥形瓶内加入50ml 蒸馏水溶解，溶解完全后，用移液管吸取25ml 蔗糖溶液注入预先清洁干燥的锥形瓶中；用另一支移液管吸取25ml4.00N 的HCl 溶液加入25ml 的蔗糖溶液中，同时记下反应开始的时间，迅速混合均匀后，用少量反应液润洗旋光管两次，然后将反应液装满旋光管，旋上套盖，放入自动旋光仪中，盖好箱盖。仪器将自动显示该样品的旋光度。第一个数据在3分钟时测量，前15分钟内每分钟测量一次，以后由于反应物的浓度降低，使反应速率变慢，可以每次间隔5分钟测量一次，一直测量到旋光度为负值为止。 4. ∞α的测量：通常有两种方法测定∞α，一是将剩余的25ml 蔗糖溶液中加入25ml 4.00mol/L 的HCl 溶液，放入60℃恒温水浴中温热30分钟以上，使水解完全。然后取出，冷至室温下测量旋光度，在10分钟内读取5个数据，取其平均值，即为∞α。一是将反应放置48小时以上，让其反应完全后测∞α；一种方法容易产生副反应，使溶液颜色变黄。而后一种方法时间太长。在上述操作过程中，因为加热，常导致反应体系中算河水的挥发，影响反应物质的浓度和反映进程，而且蔗糖在此实验条件下是否完全转化为产物，也不容易确定。因此可以采用Guggenheim 法处理数据（见问题讨论部分），这样可以不必测∞α。本实验采用第一种方法。 实验完毕，洗净量筒和锥形瓶，放入烘箱中干燥。洗净样品管，注入蒸馏水，放入旋光仪。 五、数据记录和处理 1、t= ，

α=