1、1H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定 H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定 08化教 吴英、罗群一实验目的1.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法；2.了解反应物浓度与旋光度之间的关系；3.利用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数与半衰期；4.探究H+浓度对蔗糖转化反应速率影响。二实验原理 蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖： H+C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6（蔗糖） （葡萄糖） （果糖） 蔗糖水解反应是一个二级反应，但由于水是大量存在的，在反应过程中可以认为浓度不变，在反应过程中的氢离子是一种催化剂，也可以认为浓度不变，由此，蔗糖水解反应可作为一级反应来处理。
2、如果以 c表示到达 t 时刻的反应物浓度，k 表示反应速率常数，则一级反应的速率方程为： -dc / dt=kt 对此式积分可得： ln c =-kt +ln c0 式中 c为反应过程中的浓度，c0为反应开始时的浓度。当 c=c0/ 2 时，时间为 t 1/2，称为半衰期。代入上式，得： t1/2= ln2 / k = 0.693/k 测定反应过程中的反应物浓度，以ln c 对t作图，就可以求出反应的速率常数k。在这个反应中，利用体系在反应进程中的旋光度不同，来度量反应的进程。 用旋光仪测出的旋光度值，与溶液中旋光物质的旋光能力、溶剂的性质、溶液的浓度、温度等因素有关，固定其它条件，可认为旋光
3、度与反应物浓度c成线性关系。物质的旋光能力用比旋光度来度量：蔗糖的比旋光度D20=66.6，葡萄糖的比旋光度D20=52.5，蔗糖和葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但果糖的比旋光度比葡萄糖大，果糖是左旋性物质，它的比旋光度为D20=-91.9。因此，在反应过程中，溶液的旋光度先是右旋的，随着反应的进行右旋角度不断减小，过零后再变成左旋，直至蔗糖完全转化，左旋角度达到最大。 当t=0时，蔗糖尚未开始转化，溶液的旋光度为： 0 = 反应物c0 . 1 当蔗糖已完全转化时，体系的旋光度为： = 生成物c0 . 2 此处，为旋光度与反应物浓度关系中的比例系数。 时间 t时，蔗糖浓度为 c，旋光度应为：
4、t = 反应物c + 生成物(c0 - c) . 3 由1、2式： 由2、3式： 代入 ln c =-kt +ln c0 式，可得： ln (t - ) =-kt +ln (0 - )根据实验测得的反应过程中的旋光度值计算ln (t - )，再对时间作图，可得一条直线，根据直线斜率可求得反应速率常数。3仪器，试剂仪器：旋光仪1台，超级恒温槽1台，锥形瓶，移液管，烧杯，100容量瓶，玻璃棒，托盘天平。试剂：蔗糖（AR），盐酸溶液（12.0mol/L ），蒸馏水。4实验步骤1.了解旋光仪的原理与使用方法。2.安装仪器，将恒温槽调节到（25.00.1）。3.旋光仪的零点校正。4.配置1001.2mo
5、l/LHCl，2.4mol/LHCl，3.6mol/L HCl，4.8 mol/L HCl ，6 mol/L HCl溶液。5.配置蔗糖水溶液：称取50克蔗糖加入锥形瓶中，再加入250mL蒸馏水，是蔗糖完全溶解，若溶液浑浊，则需要过滤。6.用移液管分别移入 50.00 mL 蔗糖溶液和 50.00 mL6.0mol/L HCl，50.00 mL4.8mol/L HCl，50.00 mL3.6mol/L HCl，50.00 mL2.4mol/L HCl, 50.00 mL1.2mol/L HCl溶液于锥形瓶，置于超级恒温器中恒温10 min以上。7.反应过程中旋光仪的测定 将6.0mol/LHCl
6、溶液倒入蔗糖溶液，同时记下反应开始的时间。用少量混合溶液荡洗旋光管，然后装满旋光管，盖好(要求管内没有气泡），反映开始后的15min内，每隔1min测量一次，然后由于反应物的浓度的降低而使反应速率变慢，此时可将每次测量的时间间隔放宽，一直到反应时间为50min为止。8.测完全反应时的旋光度：将含有剩余混合液的试管置于 55水浴中加热 40 min，使其中蔗糖完全反应。将反应液冷却至实验温度，加入旋光管中，在恒温槽中恒温 10 分钟，测定其旋光度，作为值。9.不同浓度HCl溶液旋光度的测量：将不同浓度HCl溶液分别倒入蔗糖溶液重复步骤7，8。五实验数据及其处理过程1.HCl的浓度为：6mol/L
7、at对t的数据记录表t/min9101112131415161922at6.1125.7205.4045.0884.7864.5044.2223.9443.0842.590t/min252831343740434649at1.8721.2880.7380.306-0.212-0.656-1.078-1.402-1.818a的测量值：-4.848、-4.848、-4.848、-4.848、-4.848at对t的工作曲线 (at- a)对t的工作曲线 at对t的曲线上等间隔8个（att）数组表t/min13.51720.52427.5313538.5at4.6593.6442.8412.1521.
8、4020.7350.144-0.439ln(at- a)2.2522.1392.0401.9461.8331.7201.6081.484 -k=-0.0299 min-1 k=0.0299 min-1t1/2=0.693/k t1/2=0.693/0.0299=23.177min2.HCl的浓度为：4.8mol/Lat对t的数据记录表t/min56789101112at11.13210.48610.32010.1009.8249.6529.3589.166t/min1314151821242730at8.9108.6928.4927.7587.1026.4725.8525.272t/min33
9、363942454851at4.6644.0923.5862.9502.5002.2862.064a的测量值：-4.724、-4.724、-4.724、-4.724、-4.724at对t的工作曲线 (at- a)对t的工作曲线at对t的曲线上等间隔8个（att）数组表t/min1014182226303438at9.5748.6387.7506.9076.0745.7224.5373.750ln(at- a)2.6412.5782.4752.3992.3222.2462.1572.065-k=-0.01819 min-1 k=0.01819 min-1t1/2=0.693/k t1/2=0.6
10、93/0.01819=38.098 min3.HCl的浓度为：3.6mol/Lat对t的数据记录表t/min2345678910at12.23012.01211.84611.71611.41211.33011.11810.99010.760t/min111213141518212427at10.63410.42610.27810.0689.8489.3188.8768.2867.816t/min3033363942454850at7.2666.7206.3325.8005.3724.9344.4744.146a的测量值：-4.824、-4.824、-4.824、-4.824、-4.824、at
11、对t的工作曲线 (at- a)对t的工作曲线at对t的曲线上等间隔8个（att）数组表t/min1014182226303438at10.97510.0799.3138.6908.0177.2926.5775.997ln(at- a)2.7602.7022.6492.6042.5532.4952.4342.381-k=-0.0134 min-1 k=0.0134 min-1t1/2=0.693/k t1/2=0.693/0.0134=51.716 min4.HCl的浓度为：2.4mol/Lat对t的数据记录表t/min34567891011at12.59212.49012.38612.2781
12、2.17212.06811.95811.85211.750t/min121314151821242730at11.63211.40811.29411.18610.86810.51410.0789.7649.330t/min3336394245at9.0128.5808.2607.8367.518a的测量值：-4.596、-4.596、-4.596、-4.596、-4.596、 at对t的工作曲线 (at- a)对t的工作曲线at对t的曲线上等间隔8个（att）数组表t/min1014182226303438at11.86911.30310.89910.3589.8489.3648.8488.3
13、64ln(at- a)2.8012.7662.7412.7052.6702.6362.5982.562-k=-0.00839 min-1 k=0.00839 min-1t1/2=0.693/k t1/2=0.693/0.00839=82.598 min5.HCl的浓度为：1.2mol/Lat对t的数据记录表t/min2345678910at12.71412.71412.71412.61012.61012.61012.51012.51012.510t/min111213141518212427at12.41012.41012.30612.30612.20412.10212.00211.79811
14、.694t/min3033363942454850at11.49211.38811.18211.08210.97810.77410.67610.574a的测量值：-4.588、-4.588、-4.588、-4.588、-4.588、 at对t的工作曲线 (at- a)对t的工作曲线at对t的曲线上等间隔8个（att）数组表t/min1014182226303438at12.48712.28512.09611.94911.73211.50511.31611.114ln(at- a)2.8382.8262.8142.8062.7922.7782.7662.754-k=-0.00301 min-1
15、k=0.00301 min-1t1/2=0.693/k t1/2=0.693/0.00301=230.232 min6.转化速率常数与氢离子浓度的关系CH+对k的数据记录表CH+(mol/l)1.22.43.64.86k0.003010.008390.01340.01820.0299 k对cH+的工作曲线根据图表数据可得关系式：k=0.0053 cH+-0.0045六、实验结果及其分析1.实验值与文献值的比较（温度为25）C(HCl)/mol/L1.22.43.64.86实验值（1/min)0.003010.008390.01340.018190.0299C(HCl)/mol/L1.22.63
16、.34.35.8文献值（1/min）0.017460.037580.047900.059980.08223具体文献值未找到，但是根据近似浓度的文献值，可以得出实验值与文献值相差很大。2.蔗糖的转化速率常数与H+ 浓度的关系根据实验结果，得出两者符合关系式：k=0.0053 cH+-0.0045可知速率常数随着H+ 浓度的增加而增加，但是两者并不成正比关系。七、误差分析1、 HCl的浓度为的配置不是太准确。2、 反应时间的没有控制好（提前或推后记录数据）3、 图表的读数误差八、实验的关键1、 因为温度会对反应有影响，所以实验过程中温度的控制很关键。2、 本实验是探讨不同浓度的盐酸对蔗糖转化速率常数的影响，因此要精确配置HCl的浓度。3、 放置旋光管上的玻璃片时，将玻璃片沿管口轻轻推上盖好，旋紧套盖，确保不产生气泡。九、改进性实验1、实验过程中随着反应的进行，旋光管里的温度会降低从而影响速率常数的测定，因此可以在旋光管外加保温设施，降低温度的影响。
