一级反应-蔗糖酸催化转化反应

一级反应-蔗糖酸催化转化反应

一级反应——蔗糖酸催化转化反应

1. 实验目的

① 掌握准一级反应的特点

② 掌握根据物质的光学特性测定蔗糖水解反应动力学参数的实验原理和方法

③ 了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法

④ 采用旋光法测定不同酸催化条件下这趟水解反应的速率常数和半衰期

2. 实验原理

① 蔗糖转化反应为：C 12H 22O 11(蔗糖)+H 2O H +→ C 6H 12O 6(葡萄糖)+C 6H 12O 6（果糖）

② 蔗糖转化反应可看作准一级反应。对反应速率方程积分可得lnC=lnC 0-k obs t 。C 0为反应物初始

浓度，当C=12C 0时，t 可以用t 12表示，即为反应的半衰期，t 12=ln2

k obs ，表明一级反应的半衰期只

决定于反应速率常数k obs ，而与起始浓度无关，

这是一级反应的特点。

③ 蔗糖及其水解产物均为旋光物质，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的旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长级温度等因素有关。在其它条件固定时，旋光度α与反应物质浓度呈线性关系，即α=βC。式中比例常数β与物质的旋光能力、溶剂性质、液层厚度及温度等因素有关。

④ 在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质，比旋度[α]D 20=66.6°，产物中葡萄糖也是右旋性物质，[α]D 20=52.5°，但产物中的果糖是左旋性物质，[α]D 20=91.9°。因此随着水解作用的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋，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 ，α∞ ，则C 0=

α0−α∞β反−β生=β（α0−α∞），C=αt −α∞

β反−β生=β（αt −α∞）。将上述两式代

入一级反应积分式子可得：t=1

k obs ln α0−α∞α0−αt ，即

ln(αt −α∞)=−k 0bs t +ln (α0−α∞)。若以

ln(αt−α∞)对t作图，从直线的斜率即可求得反应速率常数k

obs

，进而可求得半衰期

t1=ln2

k obs

。

3.仪器与药品

①旋光仪、超级恒温槽、旋光管、停表、移液管（250ml）2支、吸量管（10ml）2支、容量瓶、具塞锥形瓶（100ml）2个、锥形瓶（250ml）2个、试剂瓶（250ml）2个、量筒、烧杯

②蔗糖（分析纯）、浓盐酸、H

2C

2

O

4

·H

2

O（基准物

质）、NaOH（分析纯）、酚酞（1%）、甲基橙（0.1%）

4.实验步骤

①H Cl原始溶液的配置和浓度测定：在通风橱中将浓盐酸水按2:1（体积比）稀释，配成100ml 原始溶液（浓度约8mol·ml-1），转入试剂瓶中加塞储存。配置250ml 0.1mol·ml-1NaOH标准

溶液。准确称取0.15gH

2C

2

O

4

·2H

2

O固体于

250ml锥形瓶中，加25ml水溶解，加入2～３滴酚酞，用NaOH标准溶液滴定2次，计算NaOH 标准溶液的浓度。用NaOH标准溶液标定HCl

原始溶液。

②旋光仪零点的校正：洗净旋光管，将管子一段的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，把玻璃片盖好，使管内无气泡存在，再旋紧套盖，保证不漏水。用吸水纸擦净旋光管，再用擦镜纸将管两端的玻璃片擦净，将旋光管放置到旋光仪中进行零点校正：打开旋光仪电源开关，调节目镜聚焦，使视野清晰，再旋转检偏镜至能观察到三分视野暗度相等为止。记下检偏镜的旋光度，重复测量数次，取其平均值。此平均值即为零点，用来校正仪器系统误差。

的测定：用移液管分别向③蔗糖水解过程中α

t

两只干燥锥形瓶中移入25.00ml蔗糖溶液（20%）和25.00mlHCl原始溶液，同时置于恒温槽中恒温10~15min（若旋光管无恒温夹套，可不恒温，直接在室温中测量）。待恒温后，取出锥形瓶擦干外壁，将HCl溶液倒入蔗糖溶液，并在加入一半时，开动停表。采用相互倾倒、不断振摇的方法混合均匀，并迅速用少量混合溶液荡洗旋光管两次，然后将混合溶液装满旋光管，盖好玻璃片，旋紧套盖（检漏，检查有无气泡）。擦净旋光管两端玻璃片，擦去

旋光管外残留的溶液，立刻置于旋光仪中测定旋光度。第一个值要求在反应起始时间1~2min 内测定。在反应开始15min内，每分钟测一次，以后的测定时间间隔可逐渐加宽，一直到旋光度为负值为止。

的测定：将旋光管中反应液与锥形瓶中剩④α

∞

余混合液混合，置于50~60℃水浴中温热50

分钟以上。冷却至实验温度，按上述操作测其旋光度，在15min内，读取5~7个数据，如在

。实测量误差范围内，取平均值，认为是α

∞

验结束立即将旋光管洗净擦干，防止酸对旋光管的腐蚀。

⑤探究酸催化剂浓度的影响：在50ml容量瓶中移取适当体积原始HCl溶液并稀释，控制反应体系中盐酸的浓度在0.5~4mol·ml-1范围内，重复步骤3、4，共测5个酸浓度下的反应速率。记录室温、大气压等常规实验数据。将旋光管槽内外用纸擦干，防止酸液腐蚀。清理实验台面。

5.实验数据记录与处理

NaOH末体积/mL 25.05 24.49

NaOH初体积/mL 0.60 0.11

24.45 24.38 NaOH溶液体积

/mL

0.09897 0.09844 NaOH溶液浓度

/(mol/L)

NaOH溶液浓度

0.09870

平均值/(mol/L)

HCl末体积/mL 24.96 24.88 HCl初体积/mL 0.12 0.25

24.57 24.63 HCl溶液体积

/mL

HCl溶液浓度

0.08035 0.08013

/(mol/L)

0.08024

HCl溶液浓度平

均值/(mol/L)

C

=4mol/L

HCl（1）

t(s) 120 189 243 303 420

αt(°)7.15 3.8 1.8 -0.05 -2.56