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旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数（肇庆学院 化学化工学院 化学专业 10化学班 ）【摘要】蔗糖的水解反应速率常常受实验温度、酸催化剂的浓度等因素的影响，本文分别测定35℃1.5mol/L 盐酸、35℃3mol/L 盐酸、45℃3mol/L 盐酸条件下，蔗糖的转化反应速率常数k 及半衰期t 1/2，探讨了转化反应速率常数k 与实验温度、酸度之间的定性关系。
按阿累尼乌斯公式lnk 2/k 1=Ea(T 2-T 1)/(RT 1T 2)求出反应的活化能Ea 。
【关键词】速率常数；旋光法；蔗糖；水解反应 【前言】蔗糖水解反应速率常数的测定是一个典型的动力学实验， 对深入理解动力学方程起着非常重要的作用，而蔗糖水解的反应速率受实验温度、酸催化剂的用量[1]等因素的影响较大。
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存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可近似地认为整个反应中水的浓度是恒定的。
而H ＋是催化剂，其浓度也保持不变。
因此，蔗糖转化反应可视为一级反应。
其动力学方程为kC tC=-d d(1)式中，k 为反应速率常数；C 为时间t 时的反应物浓度。
将(1)式积分得：0ln ln C kt C +-=(2)式中，C 0为反应物的初始浓度。
当C =1/2C 0时，t 可用t 1/2表示，即为反应的半衰期。
由(2)式可得：kk t 693.02ln 2/1==(3)蔗糖及水解产物均为旋光性物质。
但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。
溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。
为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。
比旋光度可用下式表示：[α]t DlCα=(4)式中，t 为实验温度(℃)；D 为光源波长；α为旋光度；l 为液层厚度(m)；C 为浓度(kg ·m -3)。
158 实验十七 旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数一、实验目的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．了解反应物浓度与反应体系旋光度之间的关系。
3．掌握旋光仪的使用方法。
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：612661262112212O H C O H C O H O H C +→+（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：dc kc dt-= （17.1） 积分上式得： 0ln c kt c = （17.2） 反应的半衰期与反应速率常数的关系式为：12ln 20.693t k k== （17.3） 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。
[]M C L t⋅⋅⋅=λαα （17.4）式中[]tλα为比旋光度，可以量度物质的旋光能力，λ为所用光源的波长，一般用钠光的D 线，其波长为5.89×10-7m, t 为测定温度（℃），L 为样品管长度，C 为旋光物质的物质的量浓度,M159为旋光物质的摩尔质量。
实验一 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1目的要求(1) 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。
(2)了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的使用方法。
2基本原理(1) 蔗糖转化的反应式为果糖葡萄糖蔗糖 O H C O H C O H O H C 62166126H2112221+−→−++在纯水中此反应的速度极慢，通常需要在H +催化作用下进行，该反应为二级反应。
但是由于水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可认为在反应过程中水的浓度是恒定的，而H +起催化作用，其浓度也保持不变。
因此，蔗糖转化反应可看作是一级反应。
一级反应的速率方程表达式如下：-dc/dt=kc (1)积分可得： lnc=-kt+lnc 0 (2) 式中：c —反应时间为t 时的反应物浓度；c 0—反应物起始浓度；t —反应时间； k —反应速率常数。
当c= 1/2c 0时，时间t 可用t 1/2表示，即反应的半衰期t 1/2=ln2/k=0.693/k (3)由式(2)可以看出，lnc 对t 作图为一直线，直线的斜率为反应速率常数k 。
若要直接测量不同时刻的反应物浓度非常困难，但蔗糖及其转化产物都有旋光性，而且旋光能力不同，故可以利用系统在反应过程中旋光度的变化来度量反应的进程。
(2) 测量旋光性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、溶液的浓度、样品管长度、光源及温度等均有关系。
当其它条件固定时，旋光度与反应物浓度呈线性关系。
即α=Kc (4)式中K 为比例系数，与旋光物质的本性有关。
蔗糖是右旋物质，而反应产物混合物中，葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但其旋光能力较葡萄糖大，所以从总体上反应产物呈左旋性质。
随着反应的进行，系统的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，系统的旋光度恰好等于零，而后就变成左旋，直到蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。
则α0=K反c0 (蔗糖尚未分解t=0) (5)最后的溶液旋光度为α∞=K产c0 (蔗糖全部转化t=∞)(6)式中K反、K产分别表示反应物与产物之比例系数，c0为反应物的起始浓度，亦是生成物最后的浓度。
实验七 一级反应——蔗糖的转化一、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．了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。
二、预习要求1．掌握旋光度与蔗糖转化反应速率常数的关系。
2．.掌握αt 与α∞的测定方法。
3．了解旋光仪的构造及使用方法。
三、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，此反应可视为假一级反应。
其动力学方程为kc dTdc =- (1) 式中，k 为反应速率常数；C 为时间t 时的反应物浓度。
将(1)式积分得：0ln ln c kt c += (2)式中，c 0为反应物的初始浓度。
当c =1/2c 0时，t 可用t 1/2表示，即为反应的半衰期。
由(2)式可得：kk t 693.02ln 21== (3) 蔗糖及水解产物均为旋光性物质。
但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。
溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。
为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。
比旋光度可用下式表示：c l tD ⋅=αα][ (4)式中，t 为实验温度(℃)；D 为光源波长；α为旋光度；l 为液层厚度(m)；c 为浓度(kg·m -3)。
由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度α与浓度C 成正比。
在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α]20D =66.6°。
产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[α]20D =52.5°；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度[α]20D=-91.9°。
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验名称：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数班组：姓名：同组人姓名：日期：一、实验目的1、掌握旋光仪的正确使用方法，了解反应物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。
二、实验原理1、蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应式为：C 12H 22O 11+H 2OH +C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6蔗糖葡萄糖果糖这是一个二级反应，但在H+浓度和水量保持不变时，反应可视为一级反应，速率方程式可表示为：，积分后可得：由此可知：在不同时间测定反应物的相对浓度，并以㏑c 对t 作图，可得一直线，由直线斜率即可求得反应速率常数 k 。
2、本实验中的反应物及产物均有旋光性，且旋光能力不同，在溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等条件均固定时，旋光度与反应物浓度呈线性关系，即：。
反应时间 t=0，蔗糖尚未转化：；反应时间为 t ，蔗糖部分转化：；反应时间t=∞，蔗糖全部转化：，联立上述三式并代入积分式可得：对ｔ作图可得一直线，从直线斜率可得反应速率常数k 。
三、实验仪器及试剂圆盘旋光仪1台；恒温水浴1台；具塞大试管（50mL ）4支；kc dt dc =-kt c c -=0ln c βα=00c 反βα=）（生反c t -+=0c c ββα0c 生βα=∞)ln()ln(0∞∞-+-=-ααααkt t )ln(∞-ααt 以移液管(25mL)2支；锥形瓶（150ml ）1个；HCl 溶液（）；蔗糖(分析纯)四、实验步骤1、恒温准备：将恒温水浴调至30℃，并令循环水经由旋光仪中玻璃恒温夹套样品管；2、旋光仪调零：①先洗净样品管，将管的一端加上盖子，并由另一端向管内灌满蒸馏水，在上面形成一凸液面；②盖上玻璃片和套盖，玻璃片紧贴于旋光管，此时管内不应有气泡存在。
（装样）；③用吸水纸将管外的水擦干，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦净，放入旋光仪的光路中；④打开光源，调节目镜聚焦，使视野清晰，再旋转检偏镜至能观察到三分视野（或二分视野）暗度相等为止；⑤记下检偏镜的旋光度，重复测量数次，取其平均值即为零点，用来校正仪器系统误差。
旋光法测定蔗糖水解速率常数一、实验目的1.了解旋光仪器的简单原理和测定旋光物质的旋光度的原理，正确掌握旋光仪的使用方法。
2.利用旋光仪测定水解作用的速率常数。
二、实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为:C 12H 22O 11 + H 2O C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6蔗糖 葡萄糖 果糖其反应速率和蔗糖、水以及作为催化剂的氢离子浓度有关。
水在这里作为溶剂，其量远大于蔗糖，可看作常数。
所以此反应看作一级反应。
当温度及氢离子浓度为定值时，反应速率常数为定值。
蔗糖及其水解物都具有旋不光性，且它们的旋光能力不同，所以可用体系反应过程中旋光度的变化来度量反应的进程。
该反应的速度方程为：kc d d -tc=积分之后得：kt lnc lnc 0-= (1-1)其中c 为蔗糖溶液的浓度，k 为蔗糖在该条件下的水解反应速度常数在实验中，把一定浓度的蔗糖溶液与一定的盐酸溶液 等体积混合，用旋光仪测定旋光度随时间的变化关系，然后推算蔗糖的水解程度。
因为蔗糖具有右旋光性，比旋光度为=66.37o ，而水解产生的葡萄糖为右旋性物质，其比旋光度为 =52.7o ；果糖为左旋光性物质，其比旋光度为 = -92o ，由于果糖的左旋性比较大，故反应进行时，右旋数值逐渐减小，最后变成左旋，因此蔗糖水解作用又称为转化作用。
用旋光仪器测得旋光度的大小与溶液中被测物质的旋光性、溶剂性质与光源波长、光源经过的的厚度、测定时温度等因素有关。
当这些条件固定时，旋光度α与被测溶液的浓度a 呈直线关系，所以α0=A 反a （t =0 蔗糖未转化时的旋光度） (1-2) α∞=A 生a （t =∞ 蔗糖全部转化时的旋光度）(1-3) αt =A 生(a-x )+ A 生x ( t = t 蔗糖浓度为(a-x )时的旋光度)(1-4)式中，A 反、A 生为反应物与生成物的比例常数，a 为反应物起始浓度也是水解结束生成物的浓度，x 为t 时生成物的浓度。
物理化学――旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
旋光法是一种用于测定物质旋光性质的方法，通过测量物质对偏振光的偏转角度来确定旋光度。
在物理化学中，旋光法可以用于测定化学反应的速率常数。
对于蔗糖的转化反应，旋光法可以用来测量反应物蔗糖的旋光度随时间的变化，从而得到蔗糖转化反应的速率常数。
具体测定方法如下：
1. 准备装置：使用一个旋光仪或偏振光仪来测量蔗糖溶液的旋光度。
装置中需要有一个光源、一个载物池和一个旋光度检测器。
2. 准备试剂：制备一系列蔗糖溶液，浓度逐渐增大或减小。
可以通过称量蔗糖和加入适量的溶剂来制备。
3. 测量旋光度：将蔗糖溶液加入到载物池中，然后通过旋光仪或偏振光仪测量蔗糖溶液的旋光度。
每隔一段时间，记录一次旋光度值。
4. 绘制旋光度随时间变化的曲线：将测得的旋光度值与时间绘制成图表，可以得到一个旋光度随时间变化的曲线。
5. 速率常数的计算：根据测得的旋光度随时间变化的曲线，可以使用反应速率方程计算蔗糖转化反应的速率常数。
需要注意的是，蔗糖转化反应的速率常数可能会受到溶液的温
度、pH值以及其他条件的影响。
因此，在实验中应该尽可能控制这些条件，以确保得到准确的结果。
同时，实验过程中还需要注意安全操作，避免接触到化学品和使用的仪器设备。
物理化学——旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数摘要：了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法；了解反应物浓度与旋光度之间的关系；测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。
关键词：旋光度，浓度，速率基本原理蔗糖在水中转化成葡糖糖和果糖，其反应为：C12H22O11 (蔗糖)+ H2O → C6H12O6(葡萄糖) + C6H12O6(果糖) 它是一个二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要H+在离子催化作用下进行。
由于反应时水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓度也保持不变。
因此蔗糖转化反应可看作为一级反应。
一级反应的速率方程可由下式表示：-dc/dt = kc （1）式中c为时间t时的反应浓度，k为反应速率常数。
上式积分可得：ln c = ln c0 – kt （2）c0为反应开始时反应物浓度。
当c = 0.5 c0时，时间t可用t1/2表示，即为半衰期：t1/2 = ln2/k = 0.693/k （3）从（2）式可看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以ln c对t作图，可得一直线，由直线的斜率即可求得反应速率常数k。
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的旋光度的变化来度量反应的进程。
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、样品管长度及温度等均有关系。
当其他条件均固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系，即α= βc（4）式中比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。
物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：{α}D20 = 100·α／(l·cA) （5）式中的20是表示的室温，单位是摄氏度，D是指旋光仪所采用的钠灯光源D线的波长（589nm），α为测得的旋光度，l为样品管长度（dm），cA为浓度（g ／100mL）。
（六）旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数之迟辟智美创作一、目的要求1、测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期.2、了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系.3、了解旋光仪的基来源根基理，掌握旋光仪的正确使用方法.二、仪器与试剂WZZ-2B自动旋光仪，样品管，秒表，恒温槽，量筒，锥形瓶，蔗糖水溶液，盐酸水溶液三、实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为C12H22O11（蔗糖）+ H2O C6H12O6 （葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）为使水解反应加速，反应经常以H+为催化剂.由于在较稀的蔗糖溶液中，水是年夜量的，反应达终点时，虽然有部份水分子介入了反应，但与溶质（蔗糖）浓度相比可以认为它的浓度没有改变.因此，在一定的酸度下，反应速度只与蔗糖的浓度有关，所以该反应可视为一级反应（动力学中称之为准一级反应）.该反应的速度方程为：－dC/dt = kC其中Ｃ为蔗糖溶液的浓度，k为蔗糖在该条件下的水解反应速度常数该反应的半衰期与k的关系为：t1/2 = ln2/k蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性的物质，即都能使透过它们的偏振光的振动面旋转一定的角度，称为旋光度，以暗示.其中蔗糖、葡萄糖能使偏振光的振动面按顺时针方向旋转，为右旋光性物质，旋光度为正值.而果糖能使偏振光的振动面按逆时针方向旋转，为左旋光性物质，旋光度为负值.反应进程中，溶液的旋光度变动情况如下：当反应开始时，t=0，溶液只有蔗糖的右旋，旋光度为正值，随着反应的进行，蔗糖溶液减少，葡萄糖和果糖浓度增年夜，由于果糖的左旋能力强于葡萄糖的右旋.整体来说，溶液的旋光度随着时间而减少.当反应进行完全时，蔗糖溶液为零，溶液中只有葡萄糖和果糖，这时，溶液的旋光度为负值.可见，反应过程中物质浓度的变动可以用旋光度来取代暗示.ln（ t－） = － k t ＋ln（0－）从上式可见，以ln（ t）对t作图，可得一直线，由直线斜率可求得速度常数k.四、实验步伐1、从烘箱中取出锥形瓶.恒温槽调至55℃.2、开启旋光仪，按下“光源”和“丈量”.预热10分钟后，洗净样品管，然后在样品管中装人蒸馏水，丈量蒸馏水的旋光度，之后清零.3、量取蔗糖和盐酸溶液各30毫升至干净干燥的锥形瓶，盐酸倒入蔗糖中，摇匀，然后迅速用此溶液洗涮样品管3次，再装满样品管，放入旋光仪中，开始记时.将锥形瓶放入恒温槽中加热，待30分钟后取出，冷却至室温.4、记时至2分钟时，按动“复测”，记录.如此，每隔2分钟丈量一次，直至30分钟（注意：数值为正值时使用“+复测”，数值为负值时使用“-复测”）.5、倒去样品管中的溶液，用加热过的溶液洗涮样品管3次，再装满样品管，测其旋光值，共测5次，求平均值.五、实验数据记录α∞六、数据处置t∞蔗糖的转化反应速率K=0.0662半衰期：七、思考题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，所测的旋光度αt是否需要零点校正?为什么? 答：蒸馏水无旋光性，消除旋光仪的系统误差；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失落.2.蔗糖溶液为什么可粗略配制?答：初始浓度对数据影响不年夜.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3.蔗糖的转化速度和哪些因素有关?答：温度，催化剂得浓度、种类等.4.溶液的旋光度与哪些因素有关？答：溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关.5.反应开始时，为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中，而不是相反？答：因为盐酸是作为催化剂.若把蔗糖倒入盐酸傍边，会招致反应液中盐酸的浓渡过年夜，使得蔗糖在还没检测的时候就反应完全，使实验存在很年夜误差.若那盐酸倒入蔗糖溶液中，可以防止这种事情发生，最年夜地降低了误差的呈现.八、实验结果与讨论：本实验测得蔗糖的转化反应速率K=0.0662 ,半衰期为10.47min，测得的旋光度变动趋势是从年夜到小，最终呈现负值.证明果糖的旋光度为负值，并在数值上年夜于葡萄糖的旋光度值.而最终的旋光度几乎不变，这说明反应几乎已经到达极限.通过该实验，了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系，同时明白旋光仪的基来源根基理，掌握旋光仪的正确使用方法.。
时间t/min
57911131517
αt'/°
6.25.85.655.2554.84.3
αt/°
6.055.655.55.14.854.654.15
αt-α∞/°
8.17.77.557.156.96.76.2
ln(αt-α∞)
2.092.052.021.971.931.91.82
时间t/min
19212325272932
αt'/°
4.14.053.73.53.232.65
αt/°
3.953.93.553.353.052.852.5
αt-α∞/°
65.955.65.45.14.94.55
ln(αt-α∞)
1.791.781.721.691.631.591.52
y = -0.021x + 2.201
R² = 0.995
0
0.5
1
1.5
2
2.5
05101520253035
l
n
(
α
t
-
α
∞
)
t/min
t---ln(αt-α∞)
蔗糖水解速率常数的测定——旋光法一、实验目的：1、掌握旋光度与蔗糖转化反应速率常数的关系；2、掌握与的测定方法；3、了解自动旋光仪的使用方法。
二、实验原理：酶是生物体内产生的具有极高催化活性和选择性的蛋白质类物质，它的催化活性比其他催化剂高107～1013倍。
蔗糖酶是一种水解酶，它能使蔗糖在水中水解成葡萄糖和过堂，反应式如下：由于反应时水是大量的，在整个反应过程中浓度保持不变，所以该反应动力学公式符合米恰利-门顿方程:对上式积分并除以时间t，可得：由此式可以求出的值。
若以表示实验开始时蔗糖溶液的旋光度，表示在任意时刻时的旋光度，表示反应完成后的旋光度，则蔗糖的原始浓度与成正比，t时刻溶液中剩余蔗糖的浓度与成正比，因此上式可变为：若将对作图，应得一直线，其斜率为：其截距为：三、实验仪器及试剂旋光仪、恒温水浴槽、台秤、停表、吸量管2支、锥形瓶、烧杯等；HCl溶液（4mol/L）、蔗糖（分析纯）；四、实验步骤⑴准备工作：1、用台秤粗称蔗糖5g，放入锥形瓶中，准确移入水50ml并量取水溶液的温度备用；2、旋光仪零点调节：在旋光管中注入纯水，放入旋光仪暗箱中，开启旋光仪电源预热5分钟，再开启直流电源开关，待钠光灯稳定后，开启测量开关，光屏应显示值为00.000,若示值不为00.000，可按清零键使其归零。
⑵测量工作：1、αt的测量：在上述配置的糖水中准确加入50mL 3MHCl溶液，迅速混匀并注入旋光管中，在旋光仪中测量αt值，测量中每3分钟读取一次Xt值，共读12次（切记测量中不可动清零键）。
2、α∞的测定：将步骤⑵.1中所余的反应液在50℃下水浴中恒温加热30min之后降至室温，测其旋光度即(注意：反应液的加热可与⑵.1步骤同时进行)。
为X∞五、实验记录及数据处理（一）实验记录1、水温17.1℃2、αt的测定：2、α∞的测量：（二）实验数据处理α∞＝－（3.935＋3.965＋3.945）÷3≈－3.950；则根据实验原理方程可的如下数据表格:以时间t/min对ln（αt-α∞）作图的如下曲线：由方程式的k M=0.0141，α0=12.208。
蔗糖水解速率常数的测定实验报告一、实验目的1、了解蔗糖水解反应体系中各物质浓度随时间的变化。
2、掌握旋光法测定蔗糖水解反应速率常数的原理和方法。
3、学会使用旋光仪，并能正确操作和处理实验数据。
二、实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖和果糖，其反应式为：C₁₂H₂₂O₁₁（蔗糖）＋ H₂O ⇌ C₆H₁₂O₆（葡萄糖）＋C₆H₁₂O₆（果糖）这是一个一级反应，其速率方程为： dc/dt ＝ kc ，其中 c 为蔗糖的浓度，k 为反应速率常数，t 为时间。
由于蔗糖及其水解产物葡萄糖和果糖都具有旋光性，但旋光能力不同。
蔗糖是右旋的，水解产生的葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的。
随着水解反应的进行，体系的旋光度会发生变化。
当反应达到终点时，体系的旋光度即为葡萄糖和果糖旋光度之和。
通过测定不同时间反应体系的旋光度，可以计算出反应的速率常数k 。
三、实验仪器和试剂1、仪器旋光仪恒温槽秒表移液管（25mL）容量瓶（100mL）锥形瓶（150mL）2、试剂蔗糖（分析纯）盐酸溶液（4mol/L）四、实验步骤1、配制溶液用分析天平准确称取 10g 蔗糖，放入 100mL 容量瓶中，用蒸馏水溶解并定容至刻度，摇匀备用。
用移液管量取 25mL 4mol/L 的盐酸溶液，放入另一个 100mL 容量瓶中，用蒸馏水稀释并定容至刻度，摇匀备用。
2、调节恒温槽温度将恒温槽温度调节至 30℃，并使其稳定。
3、测量旋光度用蒸馏水清洗旋光管 3 次，然后用少量待测溶液润洗 2 3 次。
向旋光管中注入 25mL 蔗糖溶液，盖紧盖子，放入旋光仪中，测量其旋光度，记为α₀。
迅速将已恒温的 25mL 盐酸溶液倒入盛有蔗糖溶液的锥形瓶中，摇匀后立即用少量反应液润洗旋光管 2 3 次，然后注入反应液，测量其旋光度，作为反应开始的时间 t ＝ 0 时的旋光度α₁。
此后，每隔 5min 测量一次旋光度，直至反应进行 1h 左右。
4、实验结束实验结束后，洗净旋光管和锥形瓶等仪器。
旋光法测定蔗糖转化反应的活化能一、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.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。
二、 基本原理蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，其反应为：C 12H 22O 11+H 2O C 6H 12O 6+C 6H 12O 6 （蔗糖） （葡萄糖） （果糖）它是一个二级反应，在纯水中此反应的速率很慢，通常需要在H +离子催化作用下进行。
由于反应时水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可近似地认为整个反应中水的浓度是恒定的；而且H +是催化剂，其浓度也保持不变。
因此蔗糖转化反应可看作是准一级反应。
一级反应的速率方程可由下式表示： –dtdc A=A kc (1) C A 为时间t 时反应物的浓度，k 为反应速率常数。
积分可得：0,ln ln A A c kt c +-= (2)式中， C A,0为反应物的初始浓度。
当C A =1/2C A,0时，t 可用t 1/2表示，即为反应的半衰期。
由(2)式可得:(3)从上式可以看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以c ln 对t 作图，可得一条直线，由直线的斜率可求得反应速率常数k ，由于反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是很困难的。
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、样品管的长度及温度均有关系。
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=βc （4） 式中比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度等有关。
作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度[α] =66.6º；生成物中葡萄糖也是右旋光性物质，其比旋光度[α] =52.5º，但果糖是左旋性物质，其比旋光度[α] =-91.9º。
由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性质。
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，直至完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。
旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。
若反应时间为0，t ，∞时溶液的旋光度分别用α0，αt ，旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。
若反应时间为0，t ，∞时溶液的旋光度分别用α0，t α，∞α表示。
αt =β蔗c +(β葡+β果)（c 0- c ） （5）α∞=(β葡+β果)c 0 （6）由以上三式可得c 0 =（α0-α∞）｛β蔗-(β葡+β果)｝-1 (7) c=（αt -α∞）｛β蔗-(β葡+β果)｝-1 (8)将式(7)、（8）代入式（2）并整理得经联立方程可推导出： ∞-ααt ln())ln(0∞-+-=ααkt 显然，以)ln(∞-ααt 对t 作图可得一直线，直线斜率即为-k 。
三、 仪器、试剂WZZ-3型自动旋光仪 移液管（25ml ） 恒温水浴蔗糖（分析纯） 容量瓶（50ml ） HCl （4.00N ） 锥形瓶（150ml ）烧杯（50ml ）四、 实验步骤1． 自动旋光仪的使用a) 将仪器电源插头插入220V 交流电源，打开仪器右侧的电源开关，这时钠光灯应启辉，需经5分钟钠光灯才发光稳定。
b) 将仪器右侧的光源开关向上扳到支流位置，直流灯点亮后按“回车”键这时液晶显示屏即有MODE L C n 选项显示（MODE 为模式，C 为浓度，L 为旋光管长度dm ，n 为测试次数；默认值：MODE ：1；L ：2.0；C ：0；n ：1）。
c) MODE1即为旋光度测试，所以在测试中无需改变参数的设置。
MODE2：比旋度；MODE3：浓度；MODE4：糖度； 2. 旋光仪的零点校正蒸馏水为非旋光性物质，可以用来校正旋光仪的零点。
校正时，先洗净样品管，再向管内灌满蒸馏水，在上面形成一凸面，然后盖上玻璃片和套盖，此时管内不应有气泡存在；如果旋光管中有气泡，应先让气泡浮在凸颈处；通光面两端的雾状水滴，应用滤纸擦干；旋光管螺帽不宜旋的过紧，以免产生应力，影响读数；旋光管安放时应注意标记的位置和方向。
将旋光管放放入旋光仪的光路中，盖上箱盖，此时旋光仪自动开始测量，待读数稳定后，按“清零”键，液晶屏上会显示0读数。
3. 反应过程的旋光度的测定称取10g 蔗糖，在锥形瓶内加入50ml 蒸馏水溶解，溶解完全后，用移液管吸取25ml 蔗糖溶液注入预先清洁干燥的锥形瓶中；用另一支移液管吸取25ml4.00N 的HCl 溶液加入25ml 的蔗糖溶液中，同时记下反应开始的时间，迅速混合均匀后，用少量反应液润洗旋光管两次，然后将反应液装满旋光管，旋上套盖，放入自动旋光仪中，盖好箱盖。
仪器将自动显示该样品的旋光度。
第一个数据在3分钟时测量，前15分钟内每分钟测量一次，以后由于反应物的浓度降低，使反应速率变慢，可以每次间隔5分钟测量一次，一直测量到旋光度为负值为止。
4. ∞α的测量：通常有两种方法测定∞α，一是将剩余的25ml 蔗糖溶液中加入25ml 4.00mol/L 的HCl 溶液，放入60℃恒温水浴中温热30分钟以上，使水解完全。
然后取出，冷至室温下测量旋光度，在10分钟内读取5个数据，取其平均值，即为∞α。
一是将反应放置48小时以上，让其反应完全后测∞α；一种方法容易产生副反应，使溶液颜色变黄。
而后一种方法时间太长。
在上述操作过程中，因为加热，常导致反应体系中算河水的挥发，影响反应物质的浓度和反映进程，而且蔗糖在此实验条件下是否完全转化为产物，也不容易确定。
因此可以采用Guggenheim 法处理数据（见问题讨论部分），这样可以不必测∞α。
本实验采用第一种方法。
实验完毕，洗净量筒和锥形瓶，放入烘箱中干燥。
洗净样品管，注入蒸馏水，放入旋光仪。
五、数据记录和处理 1、t= ，α=2、以ln （t α—∞α）对t 作图，从所得直线斜率求k 。
3、计算蔗糖转化反应的半衰期t 1/2。
六、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。
七、问题讨论1. 实验关键点①温度对实验数据的影响大，要注意整个实验时间内的恒温。
若无样品管恒温夹套，则旋管光管离开恒温水浴适应短。
根据实验数据，当[H +]=1mol ·L -1、蔗糖溶液的浓度为10%时， 则k(303.7K)=3.35×10-2min -1 k(313.2K)=7.92×10-2min -1 由以上数据求得：在303.7～313.2K 温度范围内，平均活化能E a ︽71kJ ·mol -1。
由此可见，本实验的实验温度范围最好控制在288～303K 内。
温度过高，反应速度太快，读数将发生困难[1]。
②HCI 溶液的浓度也要配制准确，因为[H +]对反应速度常数有影响，影响情况见表1。
若酸浓度不准，尽管数据的线性关系较好，但k 值偏离文献数据。
表1 温度和盐酸浓度对蔗糖水解速率的影响[2](蔗糖溶液浓度均为10%)3/-⋅dmmol c HCI13min /10-⨯k K 2.298 K 2.308K 2.3180.0502 0.4169 1.738 6.213 0.2512 2.255 9.355 35.860.4137 4.043 17.00 60.62 0.9000 11.16 46.76 148.8 1.21417.455 75.97 --1108-⋅=mol kJ E③有研究报道，在30℃的实验条件下，HCI 浓度在1～3mol ·L -1范围时，蔗糖水解速率常数k 与[H +]的关系为：[]623.13311070.23108.1min /+---⨯⨯+⨯=H k 。
实验在30℃，蔗糖反应液配制：蔗糖（10g ）+水（50mL)+ HCI(25 mL ，4mol/L)，已知反应液中[H +]=1.33 mol/L ，将代入上述计算，得速率常数值k=0.0395 min -1。
应用本文提出的方法得到的k 1=0.035985 min -1和k 2=0.038977 min -1，比常规方法得到的k 1=0.05104 min -1和k 2=0.06092min -1更接近于文献值[3]。
2. 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，所测的旋光度是否需要零点校正?为什么?解：一般蒸馏水的旋光度很小或接近零，因此用蒸馏水可以校正仪器。
另一方面由于水也有一定的旋光度对于溶液的旋光度有一定的影响，即导致旋光度的偏高，结果反应速率常数也受到影响，因此进行校正。
3. 为什么配制蔗糖溶液可用粗天平称量?解：①对于这个假定分子（二级）反应，由于存在大量水，虽有部分水分子参加反应，但在反应过程中水的浓度变化极小，所以只要蔗糖浓度不太浓，水的浓度变化问题对反应速速率影响不大。
②尽管蔗糖的转化速率与蔗糖浓度、酸浓度、温度及催化剂种类有关，但反应速率常数k 与其中的蔗糖浓度无关，这是可以从公式看出的。
4. 蔗糖的转化速度和哪些因素有关？解：盐酸的密度稍大于蔗糖，将盐酸加蔗糖溶液时溶液可以容易混合，否则混合不均匀就影响反应的均匀进行。
5.对旋光度不变的某样品，若用长度为10cm ，20cm 旋光管测其旋光度，测量值分别为1α，2α，则（A ）1α=22α （B ）21α=2α （C ）1α=2α （ D ）1α2α≠解：6．测定蔗糖转化反应的速率常数可用下列哪一种方法：（A ）量气体体积 （B ）旋光法 （C ）电导法 （ D ）分光光度法 解：（B ）7．在测定蔗糖溶液旋光度时，使用的光源是：（A ）钠光灯 （B ）白轵灯 （C ）水银灯 （ D ）红外灯 解：（A ）8. 为什么蔗糖转化反应可看作是准一级反应？解：蔗糖水解反应动力学早在1850年即为Wilhelmy 所建立，它是化学动力学中最早经过定量研究的一个反应。
不论在实验原理上还是在实验测定方法上都具有代表性，因而几乎被国内所有的物理化学实验教材所选用。
精确的实验结果表明，蔗糖水解的反应速率为：式中c 为蔗糖的浓度，即反应实际上为8级反应。
在本实验条件下，10克蔗糖溶于50ml 水中，其浓度为：333158.0105030.34210---⋅=⨯÷⋅dm mol dm mol g g而水的浓度为： ,即 >>c 。
