物理化學(xué)實驗講義-資料下載頁
2025-06-07 20:32本頁面
【正文】 物的濃度較為困難。但蔗糖及其轉(zhuǎn)化物都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應(yīng)進程中旋光度的變化來度量反應(yīng)的進程。 測量物質(zhì)旋光度的儀器稱為旋光儀。溶液的旋光度與溶液中所含物質(zhì)的種類、濃度、溶劑的性質(zhì)、液層厚度、光源波長及溫度等因素有關(guān)。為了量度各種物質(zhì)的旋光能力，引入“比旋光度”的概念。其定義式為： (84)式中為物質(zhì)B的比旋光度；上標“t”表示實驗時溶液的溫度，λ是指所用光源的波長，一般用鈉光的D線，其波長為589 nm；α為測得的旋光度( o )，l為液層厚度(m)，c為濃度(kg/m3)。 由式(84)可知，當其他條件不變時，旋光度α與濃度c成正比，即 (85)式中，β是一個與物質(zhì)旋光能力、液層厚度、溶劑性質(zhì)、光源波長、溫度等因素有關(guān)的常數(shù)。當溫度、波長及溶劑一定時，各種旋光物質(zhì)的為定值。如以水為溶劑，蔗糖的 = 176。，葡萄糖的 = 176。，果糖的 = －176。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈現(xiàn)左旋性質(zhì)。因此隨著反應(yīng)進行，體系的右旋角不斷減小，反應(yīng)至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全轉(zhuǎn)化，這時左旋角達到最大值α∞。 設(shè)體系最初的旋光度為 α0 = β反co ( t = 0，蔗糖尚未轉(zhuǎn)化) (86)體系最終的旋光度為 α∞ = β生c0 ( t = ∞，蔗糖已完全轉(zhuǎn)化) (87)(86)和(87)中β反和β生分別為反應(yīng)物與生成物的比例常數(shù)。 當時間為t時，蔗糖濃度為c，此時旋光度為αt，即 αt = β反c + β生(co – c) (88)由(86)、(87)和(88)聯(lián)立可解得 c0 = (αo – α∞)/( β反 – β生) = β′(αo – α∞) (89) c = (αt – α∞)/( β反 – β生) = β′(αt – α∞) (810)將(89)和(810)代入(82)式即得 ln(αt – α∞) =－kt + ln(αo – α∞) (811)顯然，以ln(α0 – α∞)～t作圖可得一直線，從直線斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)k，進而求得反應(yīng)半衰期t1/2。三 儀器和藥品 旋光儀1套恒溫槽1個秒表1個天平1臺燒杯(150 mL)1個玻棒1支叉形管1支移液管(25 mL)2支蔗糖(分析純)HCl溶液( molL1)四 實驗步驟1. 開啟旋光儀，預(yù)熱20分鐘。開啟水浴恒溫槽的電源開關(guān)和攪拌，并將兩個水浴恒溫槽的溫度分別控制在25 ℃和60 ℃。2. 稱取20 g左右的固體蔗糖，將其倒入150 mL燒杯中，量取100 mL蒸餾水將蔗糖完全溶解， kgL1溶液，備用。3. 取兩支25 mL移液管，分別移取25 mL蔗糖溶液和25 mL molL1鹽酸溶液分別于叉形管的直管和支管中(此時不混合)，塞上塞子，懸于25 ℃恒溫水浴中5～10 min，待用。4. 旋光儀零點校正：蒸餾水為非旋光物質(zhì)，可用它校正儀器的零點。洗凈旋光管，將旋光管的一端蓋子旋緊，由另一端加入蒸餾水，然后旋緊套蓋，不要過緊，以不漏水為準。如果管中有氣泡，可將氣泡導(dǎo)入旋光管凸頸部分。用濾紙將旋光管外部擦干。旋光管兩端的玻璃片，可用鏡頭紙擦凈。按下“測量”鍵，使液晶屏有數(shù)字顯示。打開光源，把盛滿蒸餾水的長度合適的旋光管放入旋光儀內(nèi)，蓋上蓋子，測其旋光度，待示數(shù)穩(wěn)定后，按“清零”鍵即可。(本實驗可以不校正零點)5. 測定αt取出叉形管迅速將鹽酸溶液倒入蔗糖溶液中，并混合均勻，同時開始記時(作為反應(yīng)開始的時間)。用少量的混合液潤洗旋光管2～3次后，將混合液加入旋光管內(nèi)，將旋光管外壁和兩端的玻璃片擦干后置于旋光儀中，到第5 min測其旋光度(剩余的溶液仍保留在叉形管中，用塞子塞好旋于60 ℃的恒溫水浴中，待測定α∞時使用)。測完后將該旋光管旋于25 ℃恒溫水浴中繼續(xù)恒溫，每隔5 min測一次旋光度αt，共測八組實驗數(shù)據(jù)并記錄。6. α∞的測定將上述在60 ℃的恒溫水浴中恒溫的叉形管取出(可認為蔗糖水解完全)，懸于25 ℃的恒溫水浴中恒溫5～10 min后，測定其旋光度值，即為25 ℃時的α∞值。 五 注意事項1. 一定要將鹽酸溶液加入到蔗糖溶液中去。2. 光路中不能有氣泡，也不能漏液。3. 旋光管放入旋光儀內(nèi)部后旋光度會呈現(xiàn)一定的變化，需待數(shù)值穩(wěn)定后再讀取。4. 洗凈旋光管，防止酸對其的腐蝕；并放好，千萬別讓它滾動。六 數(shù)據(jù)記錄與處理1. 將實驗數(shù)據(jù)填入下表。室溫： 大氣壓： c(HCl)： 恒溫槽溫度： α∞： t/min510152025303540αt/176。(αt－α∞)/ 176。ln[(α0－α∞)/176。]2. 以ln(αt－α∞)對t作圖，由直線斜率求反應(yīng)速率常數(shù)k并計算反應(yīng)半衰期t1/2。七 思考題1. 配制蔗糖溶液時稱量不夠準確，對測量結(jié)果k有無影響？取用鹽酸的體積不準呢？2. 在混合蔗糖溶液和鹽酸溶液時，我們將鹽酸溶液加到蔗糖溶液里去，可否將蔗糖溶液加到鹽酸溶液中？為什么？3. 測定最終旋光度時，為了加快蔗糖水解進程，采用60 ℃左右的恒溫使反應(yīng)進行到底，為什么不能采用更高的溫度進行恒溫？4. 在旋光度的測量中，為什么要對零點進行校正？在本實驗中若不進行校正，對結(jié)果是否有影響？5. 記錄反應(yīng)開始的時間晚了一些，是否會影響到k值的測定？為什么？
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