物理化学实验思考题及参考答案

1、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

1. 简述旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数的实验原理。

答：蔗糖在水中转化为葡萄糖与果糖，其反应为：

()()()果糖葡萄糖蔗糖612661262112212O H C O H C O H O H C H +−→−++

由于水是大量存在的，H +是催化剂，反应中它们浓度基本不变，因此蔗糖在酸性溶液中的转化反应是准一级反应。

kt c c -=0ln ln

由一级反应的积分方程可知，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以ln c 对t 作图，可得一直线，由直线斜率可得k 。然而反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。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，故可以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、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，α＝βc 。

在某一温度下测出反应体系不同反应时刻t 时的a t 及a ∞，以()∞-ααt ln

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 ，半衰期k t 2ln 1=。

2. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如果所用蔗糖不纯，对实验有何影响？

答：本实验通过旋光度的测定来测蔗糖反应速率，蔗糖是右旋性物质，其

[] 6.66 20＝D α，葡萄糖是右旋性物质，其[] 5.52 20＝D α，果糖是左旋性物质，其[] 9.91 20-＝D α，因此随着反应的进行反应体系的旋光度由右旋变为左旋。若蔗糖不纯，所含杂质如果无旋光性对实验无影响，如果具有一定的旋光性会影响实验旋光度的测量，使实验结果不准确。

3. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测旋光度时不作零点校正，对实验结果有无影响？ 答：无影响，本实验中，所测的旋光度αt 可以不校正零点，因αt -α∞ ，已将系统的零点误差消除掉。

4. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，蔗糖水解实验中配制溶液为何可用台称称量？ 答：蔗糖初始浓度对于数据影响不大。速率常数K 与温度和催化剂的浓度有关，实验测定反应速率常数k ，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 ，与初始浓度无关 ，蔗糖的称取本不需要非常精确，用台称称量即可。

5. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测出的旋光度与光源的波长，旋光管的长短、温度和溶液浓度有关吗？

答：物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]A

D c l ⋅⋅=100 20

α

α，可见溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、光源的波长、样品管长度及温度等均有关系。

6. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测出速率常数与温度、溶液浓度、催化剂浓度和反应时间的长短有关吗？

答：蔗糖转化反应的速率常数与温度、催化剂浓度有关，与溶液浓度、反应时间的长短无关。

7. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中， 在混合蔗糖溶液和HCl 液时，我们将HCl 液加到蔗糖溶液里去，可以反过来混合吗？

答：不能，因为H +是催化剂，将反应物蔗糖加入到大量HCl 溶液时，H +浓度很大，一旦加入则马上会分解产生果糖和葡萄糖，则在开始测量时，已经有大部分蔗糖产生了反应，记录t 时刻对应的旋光度已经不再准确。反之，将HCL

溶液加到蔗糖溶液中去，由于H +的浓度小，反应速率小，计时之前所进行的反应的量很小。

8. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，开始时旋光度在单位时间内变化较快，随着时间的延长，旋光度在单位时间内变化愈来愈小，是否可得出这样的结论，即反应速率常数和反应速率随着时间的延长愈来愈小。

答：不能，反应速率常数与反应时间无关，只与温度、催化剂浓度有关，反应速率是随着时间的延长愈来愈小。在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，反应速率常数是以Ln(α0-α∞)对t 作图得一直线，从直线斜率求得反应速率常数k 0。

9. 蔗糖的转化速率常数和哪些因素有关？

答：温度、催化剂的浓度及催化剂的种类有关。

10. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，用蒸馏水来校正旋光仪的零点，试问在蔗糖转化反应过程中所测定的旋光度αt 是否必须要进行零点校正？

答：因为蒸馏水无旋光性，故可用纯蒸馏水作零点校正。在蔗糖转化反应过程中所测定的旋光度αt 可以不进行零点校，因反应速率常数是以Ln(α0-α∞)对t 作图得一直线，从直线斜率求得反应速率常数k 0，αt -α∞ 可将系统的零点误差消除掉。

11.在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，物质的比旋光度与光源的波长，旋光管的长短、温度和溶液浓度有关吗？

答：物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]A D

c l ⋅⋅=100 20αα，比旋光度是物质本身的性质，仅与光源的波长和温度有关，而与旋光管的长短和溶液浓度无关。

12. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测定αt 和α∞是否要用同一根旋光管，为什么？

答：物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]A

D c l ⋅⋅=100 20

α

α，由上式公式可知，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、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，溶液的旋光度才与浓度成正比关系，α＝βc 。

13. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如何测量α∞？

答：将混合液的一半放入50-60℃的恒温水浴中恒温40min ，取出冷至实验温度下测定其旋光度，在10-15 min 内读取5-7个数据，如在测量误差范围内，则取其平均值，即为α∞ 值。

14. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测量α∞时，溶液没有冷至实验温度下就测定其旋光度，对结果有无影响？

答：有影响，因为溶液的旋光度与温度有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]A

D c l ⋅⋅=100 20

α

α，由上式公式可知，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、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，溶液的旋光度才与浓度成正比关系，α＝βc 。

15. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如何判断测量溶液的旋光度即为α∞？

答：将混合液的一半放入50-60℃的恒温水浴中恒温40min ，取出冷至实验温度下测定其旋光度，在10-15 min 内读取5-7个数据，如在测量误差范围内，则取其平均值，即为α∞ 值。

16. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，何时开始计时？为什么？

答：分别取50mL 蔗糖水溶液和50 mL 4mol·L -1 HCL 溶液于两个100mL 锥形瓶中，并浸入恒温槽使恒温到实验的温度。然后将HCl 溶液全部倒入蔗糖溶液锥形瓶中(两瓶来回倒几次，使两者混合均匀)，同时记下时间。因为()()kt t ---∞∞αααα0ln ln ＝成立的前提是t =0时，产物浓度为零。

17. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，实验结束后，能否直接将旋光收起来？

答：不能，实验结束时，应将旋光管洗净干燥，防止酸对旋光管的腐蚀。