实验九 旋光度法测定蔗糖转化反应的速率常数和活化能 一、实验目的
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.了解旋光仪的构造和使用方法。
二、实验原理
蔗糖转化反应为:
C 12H 22O 11+H 2O → C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6
蔗糖 葡萄糖 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，此反应为准一级反应。
其动力学方程和半衰期公式为
,0ln
C kt C =蔗糖蔗糖
1/2
ln 2t k
=
,0,C C 蔗糖蔗糖可通过旋光仪测反应体系旋光度α来求之。
α与体系中所含旋光性物质的旋光能力、浓度、溶剂的性质、样品管长度、
光源波长及温度等因素有关。
[]t
D lC αα=
式中，[]t
D α为反映物质旋光能力的比旋光度，t 为实验温度(℃); D 为旋光仪所用的钠光源波长（即589nm ）;α为旋光度; l 为样品管长度(m); C 为浓度(kg·m -3)。
当其它条件不变时，旋光度α与浓度C 成正比。
即:
KC α=
式中的K 是一个与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、光源波长、温度等因素有关的常数。
蔗糖的比旋光度[]t
D α=66.6、葡萄糖[]t
D α=52.5、果糖[]t
D α= -91.9°。
随水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋，直至蔗糖完全转化、左旋度达最大值α∞。
C 12H 22O 11+H 2O → C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6
00,t C =蔗糖，
,t t C x =−蔗糖,0 x x ,0t =∞
0C 蔗糖，0C 蔗糖，00
E K C αα=蔗糖蔗糖，+ 0
()t E K C x K x K x αα=−++蔗糖蔗糖，葡萄糖果糖+ 00
E K C K C αα∞=+葡萄糖蔗糖，果糖果糖，+x 则
0t K K K αα−=+−葡萄糖果糖蔗糖（）
00K K K C αα∞−=+−葡萄糖果糖蔗糖蔗糖，
（）
有
000
t x
C αααα∞−=−蔗糖，
即 000
t x
C αααα∞−=−蔗糖，
000t x C αααα∞
−=−蔗糖，
动力学方程,0ln
C kt C =蔗糖蔗糖
变为
,0
000
0ln t
C kt
C C αααα∞
=−−−蔗糖蔗糖，蔗糖， 0ln t kt
αααα∞∞
−=−
0ln()ln()t kt ααα∞∞−=−+−α
以ln()t αα∞−对t 作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反应速率常数k 。
升高温度测得另一温度下的k ，代入下式
112()ln a 112
E T T k k RTT −= 即可求出该反应的。
a E 三、仪器与药品
1、仪器
旋光仪1台; 恒温旋光管1只; 超级恒温槽1套; 台称1台; 停表1块; 烧杯(250mL)1个; 移液管（25mL)2支; 带塞三角瓶(150mL) 2只。
2、药品
HCl溶液(4mol·dm-3); 蔗糖(分析纯)。
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，把玻璃片盖好，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,用来校正仪器的系统误差。
α的测定
3、蔗糖水解过程中
t
在用台称称取20g蔗糖置于烧杯中，加100mL蒸馏水配成溶液(若溶液混浊则需过滤)；用移液管取25mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中，移取25mL 4mol·dm-3HCl溶液于另一100mL带塞三角瓶中，一起放入恒温槽内；恒温
10-15min后，取出两只三角瓶，将HCl迅速倒入蔗糖中、并记时，来回倒3-4次，使之均匀后，立即用反应液荡洗旋光管2次，将反应液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同)。
装好、擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖，测量不同时间t时α（荡洗和装样只能用去一半的反应液）；反应开始后2min内测溶液的旋光度
t
出第一个数据，以后每2min 读一次。
20min 后，反应物浓度降低、反应速率变慢，改为每5min 读一次，一直测到反应时间为60min 为止（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）。
期间，将剩余的另一半反应液置于50-60℃的公用水浴内温热待用。
4、α∞的测定
将已在50-60℃的公用水浴内温热40min 的反应液取出，然后冷却至实验温度，按上述操作，在10-15min 内，读取5-7个旋光度数据，如在测量误差范围内。
则其平均值，可认为是。
5、将恒温槽调节到(30.0±0.1)℃，按实验步骤3、4测定30.0℃时的t α和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℃，否则发生副反应（生成二糖）而使溶液变黄。
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。
六、数据处理
1、将实验数据记录于下表:
室温________℃ 大气压___________Pa
反应时间/min t α
t α-α∞ ln()t αα∞−
反应温度: ℃;盐酸浓度 ; α∞: 2、以ln()t αα∞−对t 作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k 。
3、计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2。
4、由两个温度测得的k计算反应的活化能。
【思考问题】
1、实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点?在蔗糖转化反应过程中，
α是否需要零点校正?为什么?
所测的旋光度
t
2、蔗糖溶液为什么可粗略配制?
3、蔗糖的转化速率和哪些因素有关?。
