Báo cáo thí nghiệm hóa lý: Động học phản ứng nghịch đảo đường

Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM HĨA LÝ

BÀI 5: ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG NGHỊCH ĐẢO ĐƯỜNG
I.

MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM
- Hiểu phản ứng thủy phân đường saccharose (sucrose) trong nước là phản
ứng bậc 1.
- Nắm được mối liên hệ giữa nồng độ đường và góc quay phân cực.
- Biết phản ứng thủy phân đường saccharose được gọi là phản ứng nghịch
đảo đường.
- Thành thạo cách sử dụng phân cực kế.

II.

GIỚI THIỆU
Phản ứng thủy phân đường saccharose (sacrose)
Xét phản ứng thủy phân đường saccharose (sucrose) thành glucose và

fructose:
C22H22O11 + H2O  C6H12O6 + C6H12O6
Saccharose

Glucose

Fructose

Phản ứng trong môi trường nước nên xem nồng độ H2O không đổi dẫn đến
phản ứng có bậc 1. Để phản ứng xảy ra nhanh người ta thường dùng H+ làm
xúc tác cho q trình. Phương trình động học có dạng:
−��
= �����
��
Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Mối liên hệ giữa đường và góc quay phân cực
Đường saccharose và các sản phẩm thủy phân đều chứa cacbon bất đối xứng
nên chúng đều là các chất quang hoạt, làm quay mặt phẳng phân cực khi chiếu
tia sáng vào nó. Góc quay mặt phẳng phân cực là � tỉ lệ với nồng độ dung dịch,

bề dày lớp dung dịch, bản chất chất quang hoạt, nhiệt độ và bước sóng ánh sáng:
α = α I. C

Trong đó: I – bề dày lớp dung dịch (cm)
C – nồng độ dung dịch (g/mL)

α – góc quay riêng của dung dịch (góc quay ứng với C = 1g/mL và To =

20oC và � = 5890 nm (đèn Natri) và curvet có l = 10cm.

Bảng 1. Góc quay riêng của dung dịch đường

Chất quang hoạt
α

Saccharose

Glucose

Fructose

66.55o

52.56o

-91.90o

Phản ứng nghịch đảo đường
Dựa vào α ta thấy saccharose, glucose làm quay mặt phẳng phân cực sang

phải, còn fructose làm quay mặt phẳng phân cực sang trái với giá trị α lớn hơ

nhiều. Do đó góc quay của hỗn hợp sẽ giảm dần về 0 rồi trở thành âm (phản ứng
nghịch đảo đường).

Gọi �� , �� , �∞ là góc quay hỗn hợp vì ở thời điểm ban đầu t = 0, thời điểm t,

và thời điểm kết thúc quá trình t = ∞. Vì từ thời điểm đầu đến cuối, góc quay

biến thiên một lượng �� − �∞ nên giá trị này tỉ lệ với nồng độ đầu của đường
saccharose (C0), còn nồng độ đường ở thời điểm t (C = Co – x) thì tỉ lệ với góc
quay kể từ thời điểm đó đến khi kết thúc sự nghịch đảo đường, nghĩa là tỉ lệ với

�� − �∞ .
Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Ta có:
�=

1 �� − �∞
ln
� �� − �∞

Góc quay � được xác định bằng phân cực kế.

Sử dụng phân cực kế

1 – nguồn sáng; 2 – kính dọc; 3, 4, 6 – lăng kính Nicol phân cực; 5 – curvet
chứa mẫu; 7 – kính quan sát.
Hình 1. Sơ đồ phân cực kế
Trong phân cực kế, lăng kính 3, 4 cố định cịn lăng kính 6 có thể quay
chung quanh trục quang. Khi quay lăng kính 6 thì độ chiếu sáng vào mặt kính
quan sát sẽ thay đổi từ 0 đến cực đại.

Có một vị trí, ở đó độ chiếu sáng của lăng kính rất đều nhau, đó là vị trí 0
của máy.

Sau khi đạt được điểm không của máy, nếu đặt curvet chứa mẫu có chất

quang hoạt vào máy thì vị trí 0 sẽ thay đổi. Ta phải quay lăng kính 6 một góc �

Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

nào đó để lại đạt điểm khơng của máy. Góc � này chính là góc quay mặt phẳng
phân cực cần đo.

Phần “độ” của góc quay được đọc theo thang lớn (chia từ 0o – 180o), còn
phần lẻ của độ đọc theo thang nhỏ (chia từ 0 – 10) và lấy theo vạch nào trùng
với vạch của thang chia lớn.

Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

III.
a.

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

THỰC NGHIỆM
Hóa chất và dụng cụ:
Bảng 2. Hóa chất và dụng cụ
Dụng cụ

Số lượng

Hóa chất

Số lượng

Phân cực kế

01

Đường saccharose 10.00 g

Curvet chứa mẫu

01

HCl 2.0M

Dĩa cân nhựa

01

Muỗng nhựa

01

Ống đong 100mL

01

Becher 250mL

03

Pipette 25mL

02

Quả bóp cao su

01

Bình xịt nước cất

01

b.

Qui trình thí nghiệm:
cân 10g đường trên cân kỹ thuật

cho vào cốc chứa 50mL
lọc sạch (nếu cần)

- Xác định ��

cho vào cốc: 15mL dd sacchrose + 15mL nước cất, khuấy đều

tráng curvet 1mL dd đường trên (2 lần)

cho vào curvet chứa mẫu dd cịn lại

lau khơ curvet bằng giấy lọc
Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm

khơng tạo bọt khí

đo �0


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

- Xác định ��

30mL dd saccharose

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

30 mL dd HCl 2.0M

Đổ HCL vào đường, ghi t = 0

khuấy đều, cho hh vào curvet chứa mẫu

đo �0 ở t = 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 90 phút
đun hh còn thừa tới 70oC (30p), làm nguội đến
nhiệt độ phịng, đo �∞

Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm

 Ở nhiệt độ phịng thơng

thường phản ứng nghịch đảo
đường kết thúc sau vài ngày.


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

IV.

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

a) Kết quả tính:
Bảng 3. Giá trị hằng số tốc độ k tại các thời điểm t

Thời
điểm t
(phút)
Góc
quay
phân
cực �

0

5

102,2 101,9

Hằng
số tốc
độ k
(phút-1)

10

15

20

30

40

101,5 101,2 100,75 100,4 100,3

0,
0
0,
0039
,0044
00465
3
8

0,0
0494

0,
0041
4

0,
0032
9

50

99
,3

9
9,05

0,
0034
7

0,
00278

0,
0025
4

� �� − �∞
��

� �� − �∞

Trong đó:
�0 : góc quay phân cực ở thời điểm ban đầu t = 0
�� : góc quay phân cực thời điểm t

�∞ : góc quay phân cực thời điểm kết thúc quá trình t = ∞

Từ các giá trị k trong bảng 3, ta tính giá trị k trung bình:

ktb = 0,00380 (phút -1)

Sai số: 0,00084
Vậy hằng số tốc độ là: 0,00380 ± 0,00084 (phút -1)

Tính k bằng phương pháp bình phương pháp bình phương cực tiểu:

��

�� − �∞
�� − �∞

Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm

= f(t) = kt

90

9
9,75

Cơng thức tính hằng số tốc độ phản ứng bậc 1:

�=

75

∞
86,8


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM
� −�

t (phút)

5

f(t)

0,01967

10

Bảng 4. Giá trị ln ��− � ∞ tại các thời điểm t

15

20

0,04652 0,06714

�

∞

30

0,09889 0,12430

40

50

75

90

0,13168

0,17327

0,20864

0,22884

Hình1. Đồ thị biểu diễn kt theo t

Nhận xét:
- Nhìn vào đồ thị ta thấy, những điểm thực nghiệm khá lệch so với đường hồi
quy.

- R2 = 0,944875568 , kết quả đo gặp sai số khá lớn, có thể là do q trình quan
sát, đọc kết quả thí nghiệm.

- k tính theo phương pháp này nhỏ hơn so với k trung bình tính theo bảng số 2.

y = 0,0023619x + 0,034190142
R2 = 0,944875568

Theo phương trình trên, ta có:

k = 0,0023619 (phút -1)

Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

b)

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Các khó khăn gặp phải trong quá trình thực nghiệm và biện pháp

khắc phục:
- Khó khăn trong việc quan sát, đọc kết quả dẫn đến sai lệch nhiều
- Lần đầu sử dụng thiết bị nên khơng tránh khỏi những sai sót

- Phải tiềm hiểu kỹ lưỡng về thiết bị đo, để không gặp những lỗi sai trong lúc
làm thí nghiệm

Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

IV.

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

TRẢ LỜI CÂU HỎI

1. Thế nào là nguyên tử cacbon bất đối xứng và chất quang hoạt? Giải
thích hiện tượng quay mặt phẳng phân cực của chất quang hoạt .
Nguyên tử cacbon bất đối xứng là nguyên tử trung tâm liên kết với 4 nguyên
tử hoặc nhóm nguyên tử khác.
Chất quang hoạt là là những chất (dạng tinh thể hay dung dịch) khi đặt trên
đường truyền của ánh sáng phân cực thẳng thì làm quay mặt phẳng phân cực
một góc � nào đó.

Giải thích hiện tượng quay mặt phẳng phân cực của chất quang hoạt:
- Ánh sáng là một sóng điện từ mà phương dao động ln thẳng góc với

phương truyền sóng. Các dao động của ánh sáng thường thẳng góc với phương
truyền sóng và hướng ra xung quanh theo mọi mặt phẳng trong không gian.
- Ánh sáng phân cực phẳng là ánh sáng mà vectơ điện trường của tất cả sóng
ánh sáng đều hướng theo một phương, nghĩa là cùng nằm trên một mặt phẳng,
gọi là mặt phẳng phân cực.

- Nguyên nhân gây ra tính hoạt động quang học là do phân tử khơng có yếu
tố đối xứng nào trong phân tử: C* bất đối xứng. Trong phân tử, electron không
thể có tự do dao động trong tất cả mọi hướng, tính phân cực của phân tử là bất
đẳng hướng. Khi electron trong phân tử dao động trong mặt phẳng phân cực,
chúng có khuynh hướng dao động ra ngồi mặt phẳng phân cực. Vì tương tác
của chúng với electron dao động, trường điện từ của ánh sáng sẽ thay đổi. Khi
ánh sáng phân cực tương tác với phân tử, mặt phẳng phân cực sẽ quay.
2. Nêu các yếu tố có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng thủy phân đường
trong thí nghiệm trên theo lý thuyết.
- Nhiệt độ.
- Áp suất.

Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm


Nhóm 8_NTP_HKX_2020/2021

Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM

- Nồng độ.
- Chất xúc tác.
3. So sánh hai giá trị k bằng hai cách trên và nêu các yếu tố có thể gây ra
sai số khi đo.
- Kết quả giữa hai phương pháp sai lệch không đáng kể.
- Các yếu tố có thể gây ra sai số khi đo:
+ Bọt khí trong quá trình cho mẫu vào curvet.
+ Xác định điểm 0 của máy khơng chính xác.
+ Đọc kết quả khơng chính xác.
+ Canh thời gian bị lệch.
4. Tại sao phải đun nóng hỗn hợp phản ứng tới 70oC, ở nhiệt độ khác được

khơng? Giải thích.
Ở nhiệt độ phịng thơng thường phản ứng nghịch đảo đường kết thúc sau vài
ngày. Vì vậy để đo được �∞ phải đun hỗn hợp còn thừa đến nhiệt độ 70oC.

Khơng thể đun nóng hỗn hợp phản ứng quá 70oC vì nếu đun quá nhiệt độ

nước sẽ bay hơi đi làm đường bị cháy và biến đổi thành chất khác, còn đun ở
nhiệt độ thấp hơn phản ứng khơng hồn tồn và xảy ra chậm hơn.

Khoa Cơng nghệ Hóa học- Thực phẩm