实验八 蔗糖水解反应速率常数的测定
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宁 波 工 程 学 院
物理化学实验报告
专业班级 姓 名 序 号 同组姓名 指导老师 实验日期 2012.3.20
实验名称 实验四 蔗糖水解反应速率常数的测定
一、实验目的
1. 了解蔗糖水解反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。
2. 测定蔗糖水解反应的速率常数和半衰期。
3.了解旋光仪的基本原理，掌握其正确的操作技术。
二、实验原理
反应
速率只与某反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应，速率方程可由下式表示： —kc dt
dc = 式中c 为时间t 时的反应物浓度，k 为反应速率常数。
积分可得： lnc=－kt + lnc 0
c 0为反应开始时反应物浓度。
当c= c 0/2时，对应t 可用t 1/2表示，称为反应的半衰期，即反应物浓度反应掉一半所用时间，得一级反应的半衰期为： t 1/2=k
k In 693.02= 蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：
C 12H 22O 11 + H 2O −→−+
H C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6
(蔗糖) (葡萄糖) (果糖) 它属于二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H +离子催化作用下进行。
由于反应时水大量存在，尽管有部分水分子参与反应，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。
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=Kc
式中比例常数K 与物质旋光能力，溶剂性质，样品管长度，温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：
[]A
D c l ⋅⋅=10020
αα 式中“20”表示实验时温度为20℃，D 是指用纳灯光源D 线的波长（即589毫微米），α为测得的旋光度，l 为样品管长度（dm ），c A 为浓度（g/100mL ）。
作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度[]20
D α=66.6°；生成物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[]20D α=52.5°，但果糖是左旋性物质，其比旋光度[]20
D α=－91.9°。
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，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。
设最初系统的旋光度为 α0=K 反c A,0 （t=0，蔗糖尚未水解） （1）
最终系统的旋光度为 α∞=K 生c A,0 （t=∞，蔗糖已完全水解）
（2） 当时间为t 时，蔗糖浓度为c A ，此时旋光度为αt
αt = K 反c A + K 生(c A,0－c A )
(3） 联立（1）、（2）、(3)式可得：
c A,0=生反K K --∞
αα0=K ′（α0－α∞） (4)
c A =生反K K t --∞
αα= K ′（αt －α∞） (5)
将（4）、（5）两式代入速率方程即得：
ln(αt －α∞)=－kt+ln （α0－α∞）
我们以ln(αt －α∞)对t 作图可得一直线，从直线的斜率可求得反应速率常数k ，进一步也可求算出t 1/2。
三、实验仪器、试剂
仪器：旋光仪，停表，恒温水浴一套，移液管（50mL ），磨口锥形瓶（100mL ），烧杯（100mL ），台秤，洗耳球
试剂：蔗糖（AR ），盐酸 （3mol/L ，AR ）
四、实验仪器装置
五、实验步骤
（一）旋光仪的校正
1.了解旋光仪的构造、原理，掌握其使用方法（见附录）。
2.开启水浴恒温水槽的电源开关，并将水浴恒温槽的温度控制在60℃。
3.蒸馏水为非旋光性物质，可用来校正仪器的零点（即α=0时，仪器对应的刻度）。
洗净样品管，将样品管一端盖子打开，转入去离子水，然后盖上玻璃片，此时管内不应有空气泡存在，再旋上套盖，使玻璃片紧贴旋光管，勿使漏水。
但必须注意旋紧套盖时，不能用力过猛，以免压碎玻璃片，用滤纸擦干样品管，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦干净。
放入旋光仪，打开电源，预热5-10min，钠灯发光正常。
调目镜聚焦，使视野清晰；调检偏镜至三分视野暗度相等为止，记录游标（右边）刻度为检偏镜旋角，记录仪器零点。
读数注意0度以下的实际旋光度（读数-180）。
读数三次取平均值，即为零点，用来校正仪器的系统误差。
（二）测定
1、配制蔗糖溶液：用天平称取10克蔗糖放入烧杯中，加蒸馏水溶解后转移到50ml 容量瓶中，稀释至刻度。
2、用50ml移液管移取50mlHCL溶液放入蔗糖水溶液，边放边振荡，当HCL溶液放出一半时按下秒表开始计时（注意：秒表一经启动，勿停直至实验完毕）。
迅速用反应混合液将样品管洗涤三次后，将反应混合液装满样品管，擦净后放入旋光仪，测定规定时间的旋光度。
测得第一个数据时间应该为反应开始的前三分钟内。
测量时先将三分视场调节到全暗，再记录时间（注意时间要记录准确，以实际反应时间为准），后读数。
分别记录5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min的旋光度。
3、α∞的测量：测定过程中，可将剩余的反应混合物放入60℃恒温槽中加热30min，使反应充分后，冷却至室温后测定体系的旋光度，连续读数三次平均值。
由于反应液的酸度很大，因此样品管一定要擦干净后才能放入旋光仪内，以免酸液腐蚀旋光仪，实验结束后必须洗净样品管。
五、数据记录与处理
以ln（αt—α∞）对t作图，并由直线斜率求速率常数k1。
由图可得，斜率k=-0.032316，所以k1=0.0313min -1=5.217×10-4s-1
t1/2= ln 2 /k1 =0.693 / k1 = 0.693 / 5.217×10-4=1.328×10-3s
六、结果讨论
本实验是测定蔗糖水解反应速率常数，实验过程中应该注意：
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℃。
大约60min后基本分解完全。
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。
实验过程中可能出现的误差原因分析：
1、在最开始旋光仪的调解时不准确，导致读数不准确。
2、由于蔗糖没有水解完全，测量无限水解时的旋光度偏高。
3、仪器自身存在一定的误差。
