1、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
1. 简述旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数的实验原理。 答：蔗糖在水中转化为葡萄糖与果糖，其反应为：
HC12H22O11?蔗糖??H2O???C6H12O6?葡萄糖??C6H12O6?果糖?
?由于水是大量存在的，H+是催化剂，反应中它们浓度基本不变，因此蔗糖在酸性溶液中的转化反应是准一级反应。
lnc?lnc0?kt
由一级反应的积分方程可知，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc对t作图，可得一直线，由直线斜率可得k。然而反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。但蔗糖及其转化产物，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的进程。
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、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，α＝βc。
在某一温度下测出反应体系不同反应时刻t时的at及a∞，以ln得反应速率常数k，半衰期t12??t????对t作图可得一直线，从直线斜率即可求
?ln2k。
2. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如果所用蔗糖不纯，对实验有何影响？ 答：本实验通过旋光度的测定来测蔗糖反应速率，蔗糖是右旋性物质，其其 ?D20?20D?? ??＝66.620D?，葡萄糖是右旋性物质，
??＝52.5，果糖是左旋性物质，其? ??＝?91.9，因此随着反应的进行反应体系的旋光度由右旋变为
左旋。若蔗糖不纯，所含杂质如果无旋光性对实验无影响，如果具有一定的旋光性会影响实验旋光度的测量，使实验结果不准确。
3. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测旋光度时不作零点校正，对实验结果有无影响？
答：无影响，本实验中，所测的旋光度αt可以不校正零点，因αt-α∞ ，已将系统的零点误差消除掉。 4. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，蔗糖水解实验中配制溶液为何可用台称称量？
答：蔗糖初始浓度对于数据影响不大。速率常数K与温度和催化剂的浓度有关，实验测定反应速率常数k，以ln(αt-α∞)对t作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k，与初始浓度无关 ，蔗糖的称取本不需要非常精确，用台称称量即可。
5. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测出的旋光度与光源的波长，旋光管的长短、温度和溶液浓度有关吗？
答：物质的旋光能力用比旋光度来度量： ?D????l??100，可见溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、
c20A溶液性质、溶液浓度、光源的波长、样品管长度及温度等均有关系。
6. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测出速率常数与温度、溶液浓度、催化剂浓度和反应时间的长短有关吗？
答：蔗糖转化反应的速率常数与温度、催化剂浓度有关，与溶液浓度、反应时间的长短无关。
7. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中， 在混合蔗糖溶液和HCl液时，我们将HCl液加到蔗糖溶液里去，可以反过来混合吗？
答：不能，因为H+是催化剂，将反应物蔗糖加入到大量HCl溶液时，H+浓度很大，一旦加入则马上会分解产生果糖和葡萄糖，则在开始测量时，已经有大部分蔗糖产生了反应，记录t时刻对应的旋光度已经不再准确。反之，将HCL
溶液加到蔗糖溶液中去，由于H+的浓度小，反应速率小，计时之前所进行的反应的量很小。
8. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，开始时旋光度在单位时间内变化较快，随着时间的延长，旋光度在单位时间内变化愈来愈小，是否可得出这样的结论，即反应速率常数和反应速率随着时间的延长愈来愈小。 答：不能，反应速率常数与反应时间无关，只与温度、催化剂浓度有关，反应速率是随着时间的延长愈来愈小。在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，反应速率常数是以Ln(α0-α∞)对t作图得一直线，从直线斜率求得反应速率常数k0。
9. 蔗糖的转化速率常数和哪些因素有关？ 答：温度、催化剂的浓度及催化剂的种类有关。
10. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，用蒸馏水来校正旋光仪的零点，试问在蔗糖转化反应过程中所测定的旋光度?t是否必须要进行零点校正？
答：因为蒸馏水无旋光性，故可用纯蒸馏水作零点校正。在蔗糖转化反应过程中所测定的旋光度?t可以不进行零点校，因反应速率常数是以Ln(α0-α∞)对t作图得一直线，从直线斜率求得反应速率常数k0，αt-α∞ 可将系统的零点误差消除掉。
11.在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，物质的比旋光度与光源的波长，旋光管的长短、温度和溶液浓度有关吗？
答：物质的旋光能力用比旋光度来度量： ?D有关，而与旋光管的长短和溶液浓度无关。
12. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测定?t 和??是否要用同一根旋光管，为什么？ 答：物质的旋光能力用比旋光度来度量： ?D????l??100，比旋光度是物质本身的性质，仅与光源的波长和温度
c20A????l??100，由上式公式可知，溶液的旋光度与溶液中所含旋光物
c20A质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，溶液的旋光度才与浓度成正比关系，α＝βc。
13. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如何测量??？
答：将混合液的一半放入50-60℃的恒温水浴中恒温40min，取出冷至实验温度下测定其旋光度，在10-15 min内读取5-7个数据，如在测量误差范围内，则取其平均值，即为?? 值。
14. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测量??时，溶液没有冷至实验温度下就测定其旋光度，对结果有无影响？
答：有影响，因为溶液的旋光度与温度有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量： ?D????l??100，由上式公式
c20A可知，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、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，溶液的旋光度才与浓度成正比关系，α＝βc。
15. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如何判断测量溶液的旋光度即为??？
答：将混合液的一半放入50-60℃的恒温水浴中恒温40min，取出冷至实验温度下测定其旋光度，在10-15 min内读取5-7个数据，如在测量误差范围内，则取其平均值，即为?? 值。
16. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，何时开始计时？为什么？
答：分别取50mL蔗糖水溶液和50 mL 4mol·L-1 HCL溶液于两个100mL锥形瓶中，并浸入恒温槽使恒温到实验的温度。然后将HCl溶液全部倒入蔗糖溶液锥形瓶中(两瓶来回倒几次，使两者混合均匀)，同时记下时间。因为
ln??t????＝ln??0?????kt成立的前提是t=0时，产物浓度为零。
17. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，实验结束后，能否直接将旋光收起来？ 答：不能，实验结束时，应将旋光管洗净干燥，防止酸对旋光管的腐蚀。
2
2、最大泡压法测定溶液的表面张力
1、简述最大泡压法测定溶液的表面张力的实验原理。 答：实验装置如图83-4所示。
将被测液体装于测定管中，打开滴液瓶活塞缓缓放水抽气，系统不断减压，毛细管出口将出现一小气泡，且不断增大。若毛细管足够细，管下端气泡将呈球缺形，液面可视为球面的一部分。随着小气泡的变大，气泡的曲率半径将变小。当气泡的半径等于毛细管的半径时，气泡的曲率半径最小，液面对气体的附加压力达到最大，如图5所示。
在气泡的半径等于毛细管半径时：p内＝p外
气泡内的压力： p内=p大气-2γ/r 气泡外的压力： p外=p系统+ρgh
实验控制让毛细管端口与液面相切，即使h=0，p外= p系统
根据附加压力的定义及拉普拉斯方程，半径为r的凹面对小气泡的附加压力为
△pmax = p大气- p系统= p最大=2γ/r （6）
于是求得所测液体的表面张力为
???pmax?K'?pmax （7）
此后进一步抽气，气泡若再增大，气泡半径也将增大，此时气泡表面承受的压力差必然减小，而测定管中的压力差却在进一步加大，所以导致气泡破裂从液体内部逸出。最大压力差可用数字式压力差仪直接读出，K′称为毛细管常数，可用已知表面张力的物质来确定。 3、的大小与那些因素有关？
答：表面张力γ表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其大小与液体的成分、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。
4、纯液体如何降低其表面自由能？
答：对于纯液体，纯液体表面层的组成与内部的组成相同，等温等压下，γ为定值，要使dG下降，只有降低A。因此，纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。因此液滴通常成球形。 答：
r2dG??dAdG??dA5、溶液如何降低其表面自由能？
对于溶液，等温等压下，要使dG下降，除了降低表面积外，因溶液的γ与溶液表面层的组成密切相关，还可由溶液自动调节不同组分在表面层中的数量使γ降低。 6、什么是溶液的表面吸附？
答：根据能量最低原则，当溶质能降低溶剂的表面张力时，溶质表面层中的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，溶质表面层中的浓度比内部的浓度低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。
7、水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变，根据变化情况可将溶质分为几类？ 答 ：水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变，根据变化情况可将溶质分为两类：
1）非表面活性物质
能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。这些物质的离子有较
3
强的水合作用，趋向于把水分子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于在本体的浓度。如果要增加单位表面积，所作的功中还必须包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升高。
2）表面活性物质
加入后能使水的表面张力明显降低的溶质称为表面活性物质。这种物质通常含有亲水的极性基团和憎水的非极性碳链或碳环有机化合物。亲水基团进入水中，憎水基团企图离开水而指向空气，在界面定向排列。表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大，表面活性也愈大。但习惯上，只把那些溶入少量就能显著降低溶液表面张力的物质，称为表面活性剂。 8、表面活性物质在水溶液的表面是如何排列的？
答：表面活性物质分子都是由亲水性的极性基团和亲油性的非极性基团所构成，它们在水中的排列情况随其浓度不同而异，浓度小时，分子可以平躺在表面上；浓度增大时，表面活性物质分子在溶液表面定向排列，分子的极性基团取向溶液内部，而非极性基团取向空间；当浓度增至一定程度，溶质分子占据所有表面积，就形成了饱和吸附层。再增大就会形成胶束。
9、溶液的表面吸附量是什么？它与哪些因素有关？
答：其定义为：单位面积表面层所含有溶质的物质的量比同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值。它与温度，压力，溶液的表面张力及溶液的浓度有关。 10、如何求溶液的表面吸附量？ 答：用吉布斯吸附等温式计算：???c?d????，由实验测定一组恒温下不同浓度c的表面张力，以对c作图，RT?dc??可得到γ-c曲线，将曲线上某指定浓度下的斜率dγ/dc带入吉布斯吸附等温式，即可求得该浓度下溶质在溶液表面的吸附量Γ。
11、什么是溶液的饱和吸附量？如何求？
答：当浓度足够大时，则呈现一个吸附量的极限值，即????。此时若再增加浓度，吸附量不再改变。所以 ??称
为饱和吸附量。??可以近似的看做是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质的物质的量。 12、溶液的饱和吸附量与溶质分子的横截面积有何关系？如何求溶质分子的横截面积？
答：??可以近似的看做是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质的物质的量。求出??值，即可算出每个被
吸附的表面活性物质分子的横截面积As。则每个分子的截面积为：
As?1 ??L式中L为阿伏加德罗常数。 13、测溶液的表面张力有哪些方法？
答：测定表面张力方法很多，如毛细管上升法、滴重法、吊环法、最大压力气泡法、吊片法和静液法等。 14. 在最大泡压法测定溶液的表面张力的实验中，玻璃毛细管下端液面是高于、低于还是与溶液液面相切？ 答：毛细管中下端液面应与溶液液面应相切。
15、液体表面层分子与液体内部的分子所处的环境是否一样？
答：界面两侧的环境不同；液体内部分子的吸引力是对称的，各个方向的引力彼此抵销，总的受力效果是合力为零；处在表面层的分子受周围分子的引力是不均匀的，不对称的。 16、什么是表面张力？什么是表面自由能？两者有何区别和联系？
答：（1）在液气两相的界面上，液体分子所受液体内部分子的引力大于气体分子对它的引力，由此造成的使液体表面缩小的力叫表面张力。
（2）在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在
4
液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力（如图83-l所示）。这种吸引力使表面上的分子向内挤，促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功，增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。
(3) 它们的共同点是：都反映了表面分子受力不均匀的情况；两者的数值相同，量纲相同通常用同一符号表示。它们的不同点是：两者的物理意义不同，表面自由能是指等温、等压、保持组成不变的条件下，可逆地增加单位表面积时，体系吉布斯自由能的增值。表面张力是指表面层分子垂直作用于单位长度的边界上且与表面相切的收缩力。两者的单位不同，表面自由能的单位是J·m-2，而表面张力的单位是N·m-1。 17、要做好最大泡压法测定溶液的表面张力实验的关键步骤有哪些？
答：要做好这个实验关键因素有：正丁醇溶液浓度要准确配制，测定正丁醇溶液表面张力时按从稀到浓依次进行，玻璃器皿必须洗涤清洁，毛细管及测定管一定要用待测液润洗；测定时毛细管一定要与液面保持垂直，端面刚好与液面相切；控制好滴液瓶的放液速度，水的流速每次均应保持一致，尽可能使气泡呈单泡逸出，以利于△pmax读数的准确性；温度应保持恒定，否则对γ的测定影响较大。 18、用最大泡压法准确测定溶液的表面张力需注意哪些问题？
答：用最大泡压法准确测定溶液的表面张力需注意以下问题：
（1）在测定有效数据之前一定要检查系统的气密性，否则数据不真实。
（2）连接压力计与毛细管及滴液瓶用的乳胶管中不应有水等阻塞物，否则压力无法传递至毛细管，将没有气泡自毛细管口逸出。
（3）测定时毛细管及测定管应洗涤干净，以玻璃不挂水珠为好，否则，气泡可能不呈单泡逸出，而使压力计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。
（4）测定时毛细管一定要与液面保持垂直，端面刚好与液面相切，若毛细管末端插入到溶液内部，则气泡外的压力：p外= p系统+ρgh，此时因为h不等于0，在气泡的半径等于毛细管半径时：p内=p大气-2γ/r＝p外= p系统+ρgh
△pmax = p大气- p系统=ρgh +2γ/r
计算公式将只能采用
??（5）控制好滴液瓶的放液速度，水的流速每次均应保持一致，尽可能使气泡呈单泡逸出，以利于读数的准确性。 （6）数字微压差仪上显示的数字为实验系统与大气压之间的压差值。要读取最大压力差数值，因为△pmax与毛细管的半径r 是对应的，只有这样才能获得一致的数据。
（7）正丁醇溶液要准确配制，使用过程中防止挥发损失。测定正丁醇溶液表面张力时按从稀到浓依次进行，毛细管及测定管一定要用待测液润洗，否则测定的数据不真实。毛细管的清洗方法：将毛细管在下次被测溶液中沾一下，溶液在毛细管中上升一液柱，然后用洗耳球将溶液吹出，重复3～4次。
（8）温度应保持恒定，否则对γ的测定影响较大。
19、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，测量液体表面张力时为什么要读取最大压力差？
答：因为γ= r/2×△pmax，只有气泡的半径等于毛细管的半径时，气泡的曲率半径最小，液面对气体的附加压力达到最大，所以读取最大压差。
20、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，测量液体表面张力时滴水过快，对测量结果有何影响？
答：有影响，若测量液体表面张力时滴水过快就会使测定管中出气泡不是呈单个冒出，出泡速率快将使表面活性物质来不及在气泡表面达到吸附平衡，也将使气体分子间摩擦力和流体管壁间的摩擦力增大，这将造成压力差增大，使表面张力测定值偏高。
21、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，测量表面张力时毛细管末端插入到溶液内部进行测量行吗？为什么？ 答：不行！如果将毛细管末端插入到溶液内部进行测量，则气泡外地压力：p外= p系统+ρgh，此时因为h不等于0，在气泡的半径等于毛细管半径时：p内=p大气-2γ/r＝p外= p系统+ρgh △pmax = p大气- p系统=ρgh +2γ/r 计算公式将只能采用 公公式
(?pmax??gh)r2??(?pmax??gh)r25
公式,那么在实验操作时，就需要测量h，使实验变繁琐，不可取。