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药理学
第三节实验项目
实验一化学反应速率和化学平衡
一、目的要求
1．了解浓度、温度和催化剂对反应速率的影响。
2．测定过二硫酸铵（NH4）2S2O8与碘化钾（KI）反应的反应速率，并计算反应级数，反应速率常数及反应的活化能。
二、实验原理
在均相反应中，反应速率决定于反应物的本性、浓度、温度和催化剂。
反应速率的快慢可以单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示，本实验利用不同浓度的（NH4）2S2O8氧化KI生成KI3，因此KI3与淀粉生成蓝色加合物作为反应完成的标志，出现蓝色的时间越短，表明反应速率越快，出现蓝色的时间越长说明反应速率越慢。
在水溶液中．（NH4）2S2O8与KI发生以下反应：
S2O82-+2I-=2SO42-+I2
（1）
这个反应的平均反加速率可用下式表示：
（2）
式中v为平均反应速率：
△[S2O82-]为△t时间内S2O82-的浓度变化；[S2O82-]和[I-]分别为[S2O82-]和[I-]的起始浓度；k为反应速度常数；m和n则为反应级数。
为了测定△t时间内S2O82-的浓度变化，在将（NH4）2S2O8溶液和KI溶液混合的同时，加入一定体积的已知浓度的Na2S2O8溶液和淀粉溶液，这样在反应
（1）进行的同时，还发生以下反应：
2S2O32-+I2=S4O62-+2I-
反应
（2）的速率比反应
（1）快得多，所以由反应
（1）生成的I-立即与S2O82-作用生成了无色的S2O82-和I-。
但是一旦Na2S2O3耗尽，反应
（1）生成的微量I2就立即与淀粉作用、使溶液显蓝色。
从反应式
（1）和
（2）可以看出，S2O82-减少1mol测时，S2O32-则减少2mol，
记录从反应开始到溶液出现蓝色所需要的时间△t。
由于在△t时间内S2O32-全部耗尽，所以△[S2O32-]实际上就是反应开始时Na2S2O3的浓度，进而可以计算反应速率
。
对反应速率表示式V＝k[S2O82-]m[I-]n两边取对数，得
当[I-]不变时．以
对
作图，可得一直线，斜率即为m。
同理，当[S2O82-]不变时，以
对
作图，可求得n。
求出m和n，可由
求得反应速率常数k。
反应速率常数k与反应温度T一般有以下关系：
式中Ea为反应的活化能，R为摩尔气体常数，T为热力学温度，测出不同温度时的k值，以lgk对
作图，可得一直线，由直线斜率可求得
反应的活化能Ea。
三、仪器与试剂
仪器：
秒表12个；100℃温度计1支；水浴；烧杯150ml3个；100ml
3个；量筒：
100ml3个；10ml2个。
试剂：
（NH4）2S2O80.02mol•L-1；KI0.2mol•L-1；Na2S2O30.01mol•L-1，
KNO30.2mol•L-1；（NH4）2SO40.2mol•L-1；0.2℅淀粉溶液。
四、实验内容
1．浓度对化学反应速率的影响，求反应级数。
在室温下，用3个量筒分别量取20ml0.2mol•L-1KI溶液，8ml0.01mol•L-1Na2S2O3溶液和4ml0.2℅淀粉溶液，都加到150ml烧杯中，混合均匀。
再用另1个量简量取20ml0.2mol•L-1（NH4）2S2O8溶液，快速加到烧杯中，同时开动秒表，并不断搅拌。
当溶液刚出现蓝色时，立即停秒表，记下时间及室温。
用同样的方法按照表格中的用量进行另外四次实验，为了使每次实验中的溶液的离子强度和总体积保持不变，不足的量分别用0.2mol•L-1KNO3溶液和0.2mol•L-1（NH4）2SO4溶液补足。
计算出各实验中的反应速率V，并填入表中。
用表中实验I、II、III的数据以lgV对lg[S2O82-]作图，求出m；用实验I,IV,V的数据以lgV对Ig[I-]作图，求出n。
求出m和n后，再算出各实验的反应速率常数k，把计算结果填入表４—1中。
表４—1浓度对化学反应速率的影响
实验序号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
反应温度
试剂用量
（ml）
0.2mol•L-1（NH4）2S2O8溶液
0.2mol•L-1KI溶液
0.01mol•L-1Na2S2O3溶液
0.2%淀粉溶液
0.2mol•L-1KNO3溶液
0.2mol•L-1（NH4）2SO4溶液
20
20
8
4
/
/
10
20
8
4
/
10
5
20
8
4
/
15
20
10
8
4
10
/
20
5
8
4
15
/
起始浓度（mol•L-1）
（NH4）2S2O8溶液
KI溶液
Na2S2O3溶液
反应时间,△t,s
S2O82-的浓度变化,△[S2O82-],mol•L-1
反应的平均速率：
反应速率常数：
2．温度对化学反应速度的影响，求活化能
在150ml烧杯中加入10mlKI溶液，4ml淀粉，8mlNa2S2O3和10mlKNO3溶液。
在另一小烧杯中加入20ml（NH4）2S2O8溶液，并把它们同时放在冰水浴中冷却。
等烧杯中的溶液都冷到0℃时，把（NH4）2S2O8加到KI等混合溶液中，向时开动秒表，并不断搅拌。
当溶液刚出现蓝色时，立即停秒表，记下反应时间。
在约10℃、20℃、30℃的条件下，重复以上实验。
这样就可以得到4个温度（0℃、10℃、20℃、30℃）下的反随时间。
算出4个温度下的反应运度及反应速率常数，把数据及计算结果填入表４—2中。
表４—2温度对化学反应速率的影响
实验序号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
反应温度℃
反应时间s
反应速率t
反应速度常数k
1gk
用表中各次实验的1gk对
作图，求出反应
（1）的活化能
3．温度对化学平衡的影响
取1个带有两个玻璃球的平衡仪（平衡双球）如图4—2所示，其中二氧化氮和四氧化二氯处于平衡状态，其反应如下：
图4—2
2NO2=N2O4+57KJ
NO2为深棕色气体，N2O4为无色气体。
这两种气体混合物则视二者的相对含量而具有淡棕至深棕的颜色。
将1只玻璃球浸入热水中，另1只玻璃球浸入冷水中。
观察二只玻璃球中气体颜色的变化：
试以观察到的现象指出各玻璃球中气体平衡向哪一方移动？
并用吕•查德里原理说明之。
把实验结果填入表４—3中。
表４—3温度对化学平衡的影响
平衡球
气体颜色变化
化学平衡移动的方向
在热水中
在冷水中
五、注意事项
1．因本实验是利用S2O32-浓度来衡量反应产生的[I2]，从而计算消耗的[S2O32-]浓度，所以准确添加Na2S2O3的量是本实验成败的关键。
2．经计算得出的5个k值其最大值和最小值之间的差值不得超过0.5。
3．lgk对
作图时、比例、布局必须合适。
六、思考题
1．何谓化学反应速率，影响化学反应速率的因素有哪些？
本实验中如何试验浓度，温度对反应速率的影响?
2．试说明质量作用定律和吕·查德里原理。
3．根据反应方程式，是否能确定反应级数，举例说明。
4．本实验是测定S2O82-+2I-==2SO42-+I2的反应速率常数，为什么反应物混合时，同时要加—定量的Na2S2O3?
5．表1中哪些项目可以预先计算好填入，哪些需要实验后经计算才能填入？
6．为什么用KNO3和（NH4）2SO4溶液补足溶液的体积?
能否用水补充?
实验二旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数
一、目的要求
1．根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应速率常数和半衰期。
2．掌握旋光仪的使用方法。
3．了解反应物浓度与反应体系旋光度之间的关系。
二、实验原理
蔗糖溶液在酸性介质中可水解生成葡萄糖和果糖。
反应如下：
（蔗糖）（葡萄糖）（果糖）
水解反应中，水是大量的，虽然有部分水分子参加了反应，但与溶质浓度的改变相比可以认为它的浓度是恒定的，而且氢离子是催化剂，其浓度也保持不变，故反应速率只与蔗糖浓度有关，可视为一级反应，其速率方程为：
（1）
积分上式得：
（2）
反应的半衰期与反应速率常数的关系式为：
（3）
由积分式不难看出：
只要测得不同反应时刻对应的反应物浓度，就可以lnc对c作图得到一条直线，由直线斜率求得反应速率常数。
然而，反应是在不断进行，要快速分析出不同时刻反应物的浓度是困难的。
在本实验中，蔗糖及其水解产物都具有旋光性，即能够通过它们的偏振光的偏振面旋转一定的角度（该角度称为旋光度，常以α符号表示），来量度其浓度。
蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以随水解反应的进行，反应体系的旋光度会由右旋逐渐转变为左旋，因此可以利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。
测定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、光源波长和温度等因素有关。
（4）
式中
为比旋光度，可以量度物质的旋光能力，
为所用光源的波长，一般用钠光的D线，其波长为5.89×10-7m,
为测定温度（℃），
为样品管长度，
为旋光物质的物质的量浓度,M为旋光物质的摩尔质量。
由（4）式可以看出，当其它条件不变时，旋光度与物质浓度成正比，即
（5）
式中
为比例系数。
蔗糖是右旋物质（比旋光度
，产物中葡萄糖也是右旋物质（
），果糖是左旋物质（
）。
因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时，体系将经过零变成左旋。
设
、
和
分别表示反应在起始时刻、
时刻和无限长时体系的旋光度。
反应在相同条件下进行，旋光度与浓度成正比，而且溶液的旋光度为各组成旋光度之和。
由（5）式可导出
（6）
（7）
将（6）、（7）代入
（2）式可得
（8）
以
对时间t作图可得一条直线，由直线的斜率即可求得反应速率常数
三、仪器及试剂
仪器：
自动指示旋光仪1台，移液管（25ml）2支，超级恒温槽1台，烧杯（150ml）2个，恒温水浴1台，吸耳球1个，秒表1块，容量瓶（50ml）1个，锥形瓶（100ml）2个。
试剂：
蔗糖（AR），HCl溶液（4mol•L-1）。
四、实验内容
1．调节超级恒温槽的温度在25±0.1℃，用蒸馏水洗净带有恒温水套的样品管，然后将其接通恒温水。
2．溶液配制与恒温
称取10克蔗糖于烧杯中，加蒸馏水溶解，移至50ml容量瓶定容至刻度，用移液管吸取25ml蔗糖溶液注入一锥形瓶中，将两个锥形瓶用玻璃塞或橡皮塞盖好后，置于25±0.1℃的恒温槽中恒温10～15分钟。
3．仪器零点校正
将仪器面板上的光源开关向下板至“∽”处，打开电源开关预热5～10分钟，再将光源开关扳指“-”处。
将旋光管一端的套盖旋紧，由另一端注满蒸馏水并使液体呈凸液面，取玻璃盖片沿管口轻轻推入盖好，再旋紧套盖，勿使漏夜或有较大气泡产生。
旋紧套盖时注意用力适当，若用力过大，易压碎玻璃盖片，或使玻璃片产生应力，影响旋光度。
若管中液体有微小气泡，可将其赶至管一端的凸肚部分。
用干布或滤纸擦干旋光管外面，用镜头纸擦净两端玻璃片，将旋光管放入旋光仪，盖上仪器面盖。
打开示数开关，待刻度读数基本稳定后，再调节调零旋钮使读数置零。
图４—２带有恒温水套的旋光
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