物理化学实验教材电子版(15)

实验温度： ℃ 硫酸铜溶液浓度： 电池 电动势/V 电动势/V 电动势/V 电动势平均值/V 1 2 3

2． 根据公式（1）、（4）、（5）、（6）、（9）、（10）计算室温时饱和甘汞电极-铜电

极组成的电池的电动势，并与实验值进行比较，算出实验的相对误差。 3． 根据公式（1）、（7）、（8）、（9）、（10），从实验测定的饱和甘汞电极-醌氢醌

电极组成的电池的电动势，分别求出两未知溶液的pH值。

六、思考题

1．为什么不能用伏特计测量电池电动势？ 2．对消法测量电池电动势的主要原理是什么？

3．测电池电动势时如果电池正负极接反了，电位差计有何反应？

附录 电位差计使用方法

（一） 开机

用电源线将仪表后面板的电源插座与220V电源连接，打开电源开关（ON），预热15 分钟。 （二）以内标为基准进行校验

（1）将“测量选择”旋钮置于“内标”。 （2）将“100”位旋钮置于“1”，“补偿”旋钮逆时针旋到底，其它旋钮均置于“0”此时，“电位指示”显示“1.00000”V。

（3）待“检零指示”显示数值稳定后，按一下“采零”键，此时，检零指示应显示“0000”。

（三）测量

（1）用测试线将被测电动势按“ +”、“ -”极性与“测量插孔”连接。 （2）将“测量选择”置于“测量”。

（3）调节“100～ 10-4”五个旋钮，使“检零指示”显示数值为负且绝对值最小。

（4）调节“补偿旋钮”，使“检零指示”显示为“0000”，此时，“电位显示”数值即为被测电动势的值。

注意：测量过程中，若“检零指示”显示溢出符号“OU.L”，说明“电位指示”显示的数值与被测电动势值相差过大。

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实验六 蔗糖水解转化的动力学研究

一、实验目的及要求

1.了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。 2.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 3.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。

二、 实验原理

蔗糖转化反应为:

C12H22O11+蔗糖H2OH+C6H12O6葡萄糖+C6H12O6果糖

为使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。由于反应中水是大量的，可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。而H+是催化剂，其浓度也是固定的。所以，此反应可视为假一级反应。其动力学方程为

—

dc?kc (1) dt式中，k为反应速率常数;C为时刻t时的反应物浓度。 将(1)式积分得:

Clnt?kt (2) C0式中，C0为反应物蔗糖的初始浓度。Ct为反应物时刻t时的浓度。 当C=1/2C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得:

t1/2=

In20.693?kk

(3)

从上式中我们不难看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，是可以求出

反应速率常数k的。然而反应是在不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。但是，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进程。

测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。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，光源波长及温度等均有

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关系。当其它条件均固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系，即

α=Kc (4)

式中比例常数K与物质旋光能力，溶剂性质，样品管长度，光源波长，温度等有关。

物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：

??100 (5) ???20D?l?cA式中“20”表示实验时温度为20℃，D是指用钠灯光源D线的波长（即589毫微米），α为测得的旋光度，l为样品管长度（dm），cA为浓度（g/100mL）。 作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度???D=66.6°；生成物中葡萄糖

20也是右旋性物质，其比旋光度???D=52.5°，但果糖是左旋性物质，其比旋光

20度???D=－91.9°。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成

20物呈左旋性质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，由于蔗糖的水解是能进行到底的，至蔗糖完全转化时，这时左旋角达到最大值α∞。

当测定是在同一台仪器、同一光源、同一长度的旋光管中进行时，则浓度的改变正比于旋光度的改变，且比例常数相同。

（C0-c?）∝（?0-??） （Ct-c?）∝（?t-??）

又 c?= 0

所以 Ct/ C0=（?0-??）/（?t-??） (6)

将式(6)代入式(2)得

ln(?t-??)= - kt + ln（?0-??） (7)

式中（?0-??）为常数。用ln(?t-??)对t作图，所得直线的负斜率即为速率常数k。进而可求得半衰期t1/2。

三 、仪器与药品

1.仪器

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旋光仪1台;恒温旋光管1只;恒温槽1套;秒表1块;移液管(30mL)2只;三角瓶(100mL)1只。 2.药品

HCl溶液(4mol·dm-3);蔗糖(分析纯)溶液20%。

四、实验步骤

1.将恒温槽调节到(25.0±0.1)℃恒温，然后在恒温旋光管中接上恒温水。 2.旋光仪零点的校正

洗净恒温旋光管，将管子一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，使液体成一突出液面，然后盖上玻璃片，使管内无气泡存在。再旋紧套盖，勿使漏水。用吸水纸擦净旋光管，再用擦镜纸将管两端的玻璃片擦净。放入旋光仪中盖上槽盖，打开光源，调节目镜使视野清晰，然后旋转检偏镜至观察到的三分视野暗度相等为止，记下检偏镜之旋转角α，重复操作三次，取其平均值，即为旋光 仪的零点。 3.蔗糖水解过程中αt的测定

用移液管取25mL蔗糖溶液置于100mL三角瓶中。用25ml移液管移取25mlHCL溶液放入蔗糖水溶液，边放边振荡，当HCl溶液放出一半时按下秒表开始计时（注意：秒表一经启动，勿停直至实验完毕）。迅速用反应混合液将旋光管洗涤三次后，将反应混合液装满旋光管，擦净后放入旋光仪，测量不同时间t时溶液的旋光度αt。测定时要迅速准确，当将三分视野暗度调节相同后，先记下时间，再读取旋光度。每隔一定时间，读取一次旋光度，反应开始的30 min之内，每隔5分钟读数一次，之后的30 min之内，每隔10分钟读数一次，由于反应物浓度降低反应速率变慢，可将每次测量时间间隔适当延长，一直测定到旋光度为负值，并要测量4～5个负值为止。 4. α∞的测定

将步骤3剩余的混合液置于近60℃的水浴中，恒温30min以加速反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测定其旋光度，此值即可认为是α∞。

五、注意事项

1.装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。

2.在测定α∞时，通过加热使反应速度加快转化完全。但加热温度不要超过60℃。

3.由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管洗净。

4.旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时应熄灭，以免损坏。

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六、数据记录与处理

1.将实验数据记录于下表:

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