蔗糖轉(zhuǎn)化反映動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告.docx

蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)班級(jí)：09111101組號(hào)：第八組一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 測(cè)定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反應(yīng)速率常數(shù)和半衰期（2） 了解旋光度的概念，學(xué)習(xí)旋光度的測(cè)量方法及在化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究中的應(yīng)用二、 原理蔗糖砸水溶液中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)C12H22O11（蔗糖）+H20 H+ C6H12O6(葡萄糖) + C6H12O6（果糖）這是一個(gè)二級(jí)反應(yīng)，在純水中反應(yīng)速度極慢，通常需要在H的催化作用下進(jìn)行。當(dāng)蔗糖含量不是很大的時(shí)候，反應(yīng)過(guò)程中的水是大量存在的，盡管有部分水分子參與了反應(yīng)，但是仍可以認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)中的水的濃度是不變的；H+是催化劑，其濃度保持不變。則此蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)可以看做是準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)，其反應(yīng)速率是：v=-dc蔗dt=dc葡dt=dc果dt=kC蔗式中，k為蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率常數(shù)，c蔗為時(shí)間t時(shí)蔗糖的濃度。當(dāng)t=0時(shí)，蔗糖的濃度為C0，蔗，對(duì)上式積分：lnCo,蔗C蔗=kt當(dāng)C蔗=12Co,蔗時(shí)，相應(yīng)的時(shí)間t即為半衰期t1/2，且有：t1/2= ln2k=0.6931k測(cè)定不同的時(shí)間t時(shí)的C蔗可求得k。旋光性物質(zhì)的旋光角為：=mmA式中m為旋光性物質(zhì)的質(zhì)量旋光本領(lǐng)，與溫度、溶劑、偏振光波長(zhǎng)等有關(guān)；m為旋光性物質(zhì)在截面積為A的線性偏振光束途徑中的質(zhì)量。由此式可得：=mnMlAl=mMl式中，A為常數(shù)。已知在293.15K，以鈉的D光線為光源時(shí)，蔗糖、葡萄糖、果糖的旋光本領(lǐng)m分別為1.1610-2radm2kg-1,0.9210-2radm2kg-1,-1.6010-2radm2kg-1。因此，隨著反應(yīng)的進(jìn)行。旋光角會(huì)發(fā)生變化，蔗糖和葡萄糖為右旋，果糖為左旋，所以在反應(yīng)的過(guò)程中右旋角不斷減少，反應(yīng)完畢時(shí)溶液為左旋。蔗糖水解反應(yīng)中，不同的時(shí)間t時(shí)，反應(yīng)物、生成物的濃度為：C12H22O11（蔗糖）+H20 C6H12O6(葡萄糖) + C6H12O6（果糖）t=0Co,蔗00t=tC蔗Co,蔗- C蔗Co,蔗- C蔗t(yī)=0Co,蔗Co,蔗當(dāng)t=0時(shí)，0=A蔗Co,蔗；當(dāng)t=t時(shí)，t= A蔗Co,蔗+A葡（Co,蔗- C蔗）+A果（Co,蔗- C蔗）；當(dāng)t=時(shí)，=（ A葡+ A果）Co,蔗；整理有：Co,蔗=0-A蔗-A葡-A果C蔗=t-A蔗-A葡-A果因此：k=1tlnCo,蔗C蔗=1tln0-A蔗-A葡-A果lnt-=-kt+ln(0-)以lnt-對(duì)t作圖，則圖為一條直線，有直線的斜率可以求得蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)k.三、 儀器與試劑旋光儀、恒溫槽、秒表、容量瓶（250ml）、容量瓶（50ml）、磨口塞錐形瓶（250ml）、燒杯（100ml、1000ml）、移液管（50ml）、HCl溶液（3.0moldm-3）四、 實(shí)驗(yàn)操作1） 打開(kāi)恒溫槽兩個(gè)，分別設(shè)定溫度為25、55；2） 打開(kāi)旋光儀電源開(kāi)光預(yù)熱10min，然后打開(kāi)光源開(kāi)關(guān)預(yù)熱20min。3） 稱取10.0g蔗糖用少量水溶解，轉(zhuǎn)移至50ml容量瓶中，定容。4） 用裝有去離子水的樣品管放入旋光儀樣品室，待讀數(shù)穩(wěn)定后按“清零”鍵5） 用移液管取50mlHCl溶液（3.0moldm-3）于干燥、潔凈磨口塞錐形瓶（250ml）中6） 將定容的蔗糖溶液倒入另一只干燥、潔凈磨口塞錐形瓶（250ml）中，將上述干燥、潔凈磨口塞錐形瓶中液倒入蔗糖溶液中，同時(shí)啟動(dòng)秒表。兩瓶來(lái)回倒幾次。7） 迅速用混合溶液洗滌旋光測(cè)試管兩次，然后再測(cè)試管中裝滿溶液，用擦鏡紙將測(cè)試管兩端擦干，迅速放入旋光儀中，測(cè)的第一個(gè)數(shù)據(jù)1，以后每隔13min測(cè)量一次，同時(shí)記錄相應(yīng)的時(shí)間，每次測(cè)量后將測(cè)試管置于25恒溫槽，測(cè)量時(shí)在取出用擦鏡紙擦干測(cè)量。15分鐘之后可延長(zhǎng)時(shí)間間隔，直至旋光度出現(xiàn)負(fù)值。8） 將測(cè)試液倒入剩余混合液置于5060水浴中保溫30min，然后放入25恒溫槽中冷卻至25，再測(cè)得。9） 充分洗滌測(cè)試管，擦凈之后放回儀器盒，以防酸蝕。五、 數(shù)據(jù)記錄與處理實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)：n(HCl)=3.0mol/dm3 反應(yīng)溫度：25 =-3.920 rad實(shí)驗(yàn)序號(hào)時(shí)間/min旋光角/實(shí)驗(yàn)序號(hào)時(shí)間/min旋光角/12.500 12.126 1122.010 3.450 23.785 11.872 1225.058 2.696 35.352 11.344 1327.805 2.044 46.851 10.666 1430.954 1.390 58.333 9.850 1533.563 0.936 69.969 8.806 1636.279 0.488 711.986 7.484 1739.217 0.118 814.320 6.218 1842.235 -0.288 917.088 4.976 1943.401 -0.448 1020.029 4.000 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制tt圖像：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制ln(t-)t圖像：通過(guò)直線擬合可以知道擬合直線的斜率為-0.03898。k=0.03898由t1/2= ln2k=0.6931k可知：t1/2=0.69310.03898=17.781min六、 分析：從圖像可以看出，剛開(kāi)始時(shí)曲線斜率比較小，隨后增大，與擬合曲線斜率相近，最后斜率逐漸變小。1） 剛開(kāi)始時(shí)溶液混合是在室溫，在盡量完第一次之后才放在恒溫箱中，并且前幾次測(cè)量時(shí)間間隔比較短，反應(yīng)體系溫度還沒(méi)有達(dá)到25，隨著溫度增加反應(yīng)速率加快，所以斜率逐漸增大。2） 隨著反應(yīng)的進(jìn)行，蔗糖的濃度降低，使得k值減小3） 測(cè)量旋光角時(shí),兩次放置測(cè)試管的位置會(huì)有差異,產(chǎn)生測(cè)量誤差。4） 測(cè)量室和恒溫槽存在溫差造成反應(yīng)速率的回來(lái)變動(dòng)。七、 思考題1） 根據(jù)蔗糖、葡萄糖、果糖的質(zhì)量旋光本領(lǐng)數(shù)據(jù)，計(jì)算本實(shí)驗(yàn)的0和。在測(cè)試管中蔗糖的濃度:c=c蔗V=m蔗M蔗V=10.0g342.3gmol10010-3L3=0.292moll0=mnMlAl=mMlc=1.1610-2radm2kg-1342.310-3kgmol-10.2m0.292103molm3=0.232rad=13.3=葡+果=葡Mlc+果Mlc=0.9210-2radm2kg-1180.010-3kgmol-10.2m0.292103molm3+-1.6010-2radm2kg-1180.010-3kgmol-10.2m0.292103molm3=-0.0715rad=-4.09實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的第一組數(shù)據(jù)為2.500min時(shí)旋光角為12.126與理論值比較好的吻合了，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的為-3.920，說(shuō)明反應(yīng)還沒(méi)有完全進(jìn)行到底。2）配制蔗糖溶液時(shí)，使用0.1精度的天平，而無(wú)需使用0.1mg精度的天平，為什么？答：因?yàn)橐笈?0.0g的蔗糖溶液，只要稱到小數(shù)點(diǎn)后第一位,即0.1g就可以了,因此只需用精度為0.1g的普通天平而不需用精度為0.0001g的分析天平。這樣能夠更快的完成