实验四：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

S1
1mol, H2O(l) 101.325kPa T1 =273.15K
可逆相变 S(T1)
S(T2) = S1 + S(T1) + S2
T2
n fre H m S(T1 ) T 1mol, H2O (s) 1 ( 6020)J 101.325kPa T1 = 273.15K 273.15K 22.039J K 1
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化学基础实验——物理化学部分
(1)今有1 mol单原子理想气体, 始态压力为1013 kPa, 体积为2 24 dm3. 经绝热向真空上述气体压缩为224 dm3. 分别求(1), (2)两过 程的Q, W, U, H和S. 设CVm = 3R/2. (1) 因 Q = 0, 故 T = 0, W = 0, H = 0 U = Q + W = 0,
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化学基础实验——物理化学部分
圆盘旋光仪
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化学基础实验——物理化学部分
WZZ－2A2B自动旋光仪使用说明
WZZ－2型自动旋光仪采用光电自动平衡 原理，进行旋光测量，测量结果由数字显示， 它既保持了WZZ－1自动指示旋光仪稳定可靠的 优点，又弥补了它的读数不方便的缺点，具有 体积小，灵敏度高，没有人为误差，读数方便 等特点。对目视旋光仪难以分析的低旋光仪品 也能适应。旋光仪广泛用于医药、食品、有机 化工等各个领域，
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化学基础实验——物理化学部分
WZZ－2B自动旋光仪操作方法：
4.打开测量开关，这时数码管应有数字显示。 5.将装有蒸馏水或其它空白溶剂的试管放入 样品室，盖上箱盖，待示数稳定后，按清 零按钮。试管中若有气泡，应先让气泡浮 在凸颈处；通光面两端的雾状水滴，应用 软布揩干试管螺帽不宜旋得过紧，以免产 生应为，影响读数。试管安放时应注意标 记的位置和方向
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化学基础实验——物理化学部分
仪器用途
农业：农用抗菌素、家用激素、微生物农药 及农产品淀粉含量等成份分析。 医药：抗菌素、维生素、葡萄糖等药物分析， 中草药药理研究。 食品：食糖、味精、酱油等生产过程的控制 及成品检查，食品含糖量的测定。 石油：矿物油分析、石油发酵工艺的监视。 香料：香精油分析。 卫生事业：医院临床糖尿病分析。
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化学基础实验——物理化学部分
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。
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化学基础实验——物理化学部分
实验原理
蔗糖转化反应为: C12H22O11+H2O → C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖
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化学基础实验——物理化学部分
实验步骤
3.α∞的测定：
将剩余的25mL蔗糖溶液与25mL 4mol· d m-3HCl溶 液混合，置于50℃的恒温槽中， 恒温40min以加速反应，然后冷却至实验温 度，按上述操作，测定其旋光度，此值即 可认为是α∞
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化学基础实验——物理化学部分
p1V1 1013 2.24 T1 273K nR 8.314
1mol, pg (1) T1 = 273K p1 =1013kPa Q = 0 V1 = 224 dm3
1mol, pg T2 = T1 p2 V2 = 22.4dm3
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V2 22.4 S nR ln 8.314ln · 1 · 1 J K 19.14J K V1 2.24
1mol, 263.15K的过冷水于恒压101.325kPa下凝固为同温的冰, 求 系统的熵变. 已知水在正常凝固点的凝固热为 6220 J· mol1. C pm(水) = 75.3 J· mol1· K1, Cpm(冰) = 37.6J· mol1· K1.
1mol, H2O(l) 101.325kPa T2 =263.15K 不可逆 S(T2) = ? 1mol, H2O (s) 101.325kPa T2 = 263.15K
以ln(αt-α∞)对t作图为一直线，由该直线的 斜率即可求得反应速率常数 k 。进而可求得半 衰期 t1/2
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仪器与药品
1.仪器 旋光仪（WZZ－2A2B自动旋光仪 ）;旋光 管;恒温槽;台称;停 表;烧杯;移液管(量 筒）; 2.药品 HCl溶液(4mol·dm-3); 蔗糖(分析纯)。
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实验原理
在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋 性物质,其比旋光度［α］20D=66.6°。产物中葡 萄糖也是右旋性物质，其比旋光度［α］ D=52.5°；而产物中的果糖则是左旋性物质， 20 其比旋光度［α］20D=-91.9°。因此，随着水解 反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点 变成左旋。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。
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实验步骤
1.旋光仪零点的校正 ：
旋光管内注入蒸馏水，使管内无气泡存在。 旋紧套盖，勿使漏水。放入旋光仪中盖上槽盖， 打开光源，调节目镜使视野清晰，然后旋转检 偏镜至观察到的三分视野暗度相等为止，记下 检偏镜之旋转角α，重复操作三次，取其平均 值，即为旋光 仪的零点。
WZZ－2B自动旋光仪操作方法：
1．将仪器电源插头插入220V交流电源，（要 求使用交流电子稳压器1KVA），并将接地可 靠接地。 2．向上打开电源开关，这时钠光灯的交流工 作状态下起辉，经5分钟钠光灯激活后，钠 光灯才发光稳定。 3.向上打开光源开关，（若光源开并扳上后， 钠光灯熄灭，则再将光源开关上下重复扳动 1到2次，使钠光灯在直流下点亮，为正常）。
S2
nC p ,m (水 ) T2 nC p ,m ( 冰 ) dT S(T1 ) dT T1 T1 T T T2 C p 263.15 1 S(T1 ) dT 22.039 ( 37.6 75.3) ln J K T1 T 273.15 20.633J K 1
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实验原理
若反应时间为0，t，∞时溶液的旋光 度分别用α0，αt，α∞表示。则:
0=K反 C0
∞ =K生 C0
t = K反 C + K生 （C0-C）
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实验原理
ln(αt-α∞)=-kt+ ln(α0-α∞)
1.实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零 点?在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度αt是 否需要零点校正?为什么?
2.蔗糖溶液为什么可粗略配制? 3.蔗糖的转化速度和哪些因素有关?
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WZZ-2B型自动旋光仪
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WZZ-2B型自动旋光仪
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操作方法：
将待测样品注入试管，盖好箱盖，仪器数显窗 将显示出该样品的旋光度。 逐次按下复测按钮，重复读数几次，取平均值 作为样品的测定结果。 如样品超过测量范围，仪器在+45º处来回振荡。 此时，取出试管，仪器即自动转回零位。此时 可将试液稀释一倍再测。 仪器使用完毕后，应依次关闭测量、光源、电 源开关。 钠灯在直流供电系统出现故障不能使用时，仪 器也可在钠灯交流供电（光源开关不向上开启） 的情况下测试，但仪器的性能可能略有降低。
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数据处理
将实验数据记录于下表
反应时间
αt
;盐酸浓度：
αt-α∞
ln(αt-α∞) ;α∞:
温度:
1. 以ln(αt-α∞)对t作图，由所得直线的斜率求 出反应速率常数k。 2. 计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2。
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思考问题
蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们 的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程 中旋光度的变化来衡量反应的进程。 为了比较 各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。 比旋光度可用下式表示 t为实验温度(℃); D为光源波长; α为旋光度; 当其它条件不变时，旋 光度α与浓度C成正比。
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l为液层厚度(m); C为浓度(kg· -3)。 m
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1mol, pg (1) T1 = 273K p1 =1013kPa Q = 0 V1 = 224 dm3
T3V3 1 T2V2 1
1mol, pg T2 = T1 p2 V2 = 22.4dm3
1mol, pg (2) T = ? 3 S = 0 p3 V3 = 224 dm3
V2 22.4 T3 T2 273 K 1267 K V 2.24 3 3 W U 8.314 (1267 273 )J 12.40 10 3 J 2 5 H 8.314 (1267 273)J 20.66 103 J 2 S Qr / T 0
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化学基础实验——物理化学部分
实验步骤
2.蔗糖水解过程中αt的测定 用台称称取10g蔗糖，放入100mL烧杯中， 加入50mL 蒸馏水配成溶液。
用移液管取25mL蔗糖溶液置于100mL烧杯中。
移取25mL 4mol· -3HCl溶 液迅速倒入蔗糖 dm 中，并且在加入一半HCl时开始记时，将混合液 装满旋光管。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖 上槽盖。测量不同时间t时溶液的旋光度αt。每 隔一分钟，读取一次旋光度，测定45分钟。
由于反应中水是大量的，可以认为整个反应中 水的浓度基本是恒定的。而H+是催化剂，其浓 度也是固定的。所以，此反应可视为假一级反 应。其动力学方程为 k为反应速率常数;C为时间t时 的反应物浓度
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实验原理
反应的半衰期
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实验原理