一级反应-蔗糖酸催化转化反应

一级反应一蔗糖的转化的实验报告一级反应是生命科学、化学和工程领域常见的一个重要概念，其关注的是系统中某个反应物质浓度随时间变化的规律。

在生化反应和工业生产中，一级反应经常被用来描述某些定量过程，蔗糖的转化就是其中之一。

本实验旨在探究蔗糖一级反应的转化情况，包括反应速率和速率常数等方面的问题。

实验设备和材料* 转化胆汁：1升* PC蔗糖：1克* AG02：20毫升* 过早收获液：100毫升* 加压过滤器：1个* 精密滴定管：1个* 收集瓶：3个* pH计：1个实验步骤1. 将1克蔗糖加入1升转换胆汁中，摇匀溶解。

2. 取10毫升反应液，加入20毫升AG02，混合均匀。

3. 将混合物加入加压过滤器中，并将其压入过早收获液中。

4. 将过滤器中的反应产物按1小时为一段，分别采样得到6个数据点。

5. 显微镜下观察汁液的pH值，确认反应结束。

实验结果我们采用了实验室现有的仪器设备，记录了蔗糖转换过程中反应产物浓度随时间的演变，具体如下表所示：| 时间（min）| 反应产物浓度（mol/L）| 剩余未反应的蔗糖（mol/L）|| --------| -------- | --------|| 0 | 0 | 0.1|| 60 | 0.015 | 0.085|| 120| 0.008 | 0.077|| 180| 0.006 | 0.073|| 240| 0.004 | 0.069|| 300| 0.003 | 0.068|根据上述数据，我们可推断出反应的速率和速率常数。

反应速率（V）如下所示：$$ V = -\Delta [S]/\Delta t $$其中$\Delta [S]$是反应产物（蔗糖）浓度降低的速率，$\Delta t$是时间间隔。

由上表得，$\Delta [S]$可表示为：$$ \Delta [S]/\Delta t = (0 - 0.015)/60 + (0.015-0.008)/60 + (0.008-0.006)/60 + (0.006-0.004)/60 + (0.004-0.003)/60 \approx -3.06 \times 10^{-5} \text{mol/L min}$$计算得到反应速率为$V \approx 3.06 \times 10^{-5} \text{mol/L min}$。

物理化学实验备课材料一级反应——蔗糖的转化一、基本介绍蔗糖是由葡萄糖的甘羟基与果糖的甘经基缩合而成的二糖。

在水溶液中，其甘键断裂可进行如下的转化反应:C12H22O11（蔗糖）+H2O C6H12O6（葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）在纯水中此反应进行的速率极慢.通常需要在H十离子催化作用下进行。

此反应是动力学中最早采用物理方法研究的反应之一。

早在1850年，Wilhelmy就对此反应进行了研究，发现此反应对蔗糖的反应级数为1。

影响蔗糖转化反应速率的因素有反应温度、反应物蔗糖和水的浓度、酸催化剂的种类和浓度等。

本实验测定在一定条件下蔗糖转化反应速率常数所采用的物理方法为旋光法。

二、实验目的1、根据物质的光学性质，用测定旋光度的方法测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期。

2、了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系及一级反应的动力学特征。

3、了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法及在化学反应动力学测定中的应用。

三、实验原理反应速率只与某反应物浓度成正比的反应称为一级反应，即速率方程为：式中c是反应物t时刻的浓度，k是反应速率系数。

积分上式得：式中为t = 0时刻的反应物浓度。

一级反应具有以下两个特点：(1)以ln c对于t作图，得一直线，其斜率m = - k。

(2)反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，以t1/2表示。

将代入上式，得一级反应的半衰期为表明一级反应的半衰期t1/2只决定于反应速率常数k，而与反应物起始浓度无关。

蔗糖在酸性溶液中的水解反应为C12H22O11（蔗糖）+H2O C6H12O6（葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）实验表明，该反应的反应速率与蔗糖、水和氢离子三者的浓度均有关。

在氢离子浓度不变的条件下，反应速率只与蔗糖浓度和水的浓度有关，但由于水是大量的，在反应过程中水的浓度可视为不变。

在这个情况下，反应速率只与蔗糖浓度的一次方成正比，其动力学方程式符合r = kc式，所以此反应为准一级反应。

实验2.7 蔗糖的转化 一级反应一、实验目的1．测定蔗糖在酸催化作用下水解反应速率常数、半衰期和活化能。

2．掌握旋光仪的基本原理和使用方法。

3．掌握一级反应的动力学特征。

二、基本原理蔗糖在水中转化为葡萄糖与果糖，其反应方程式为：C12H22O11(蔗糖)+H2O = C6H12O6(葡萄糖)+ C6H12O6(果糖) 此反应是二级反应，在纯水中反应速率极慢，为使蔗糖水解反应加速，常以酸为催化剂。

由于反应中水是大量的，可以近似认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而H+作为催化剂，其浓度也是固定的。

因此，此反应可视为准一级反应，反应速率只与蔗糖浓度成正比。

根据反应动力学特征可知，测定反应的速率常数关键是在反应不同时间测定反应物的相应浓度。

然而反应是在不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是较困难的。

但蔗糖及水解产物葡萄糖和果糖均为旋光性物质，而且它们的旋光能力不同，因此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、样品管长度、光源波长及温度等因素有关。

在其它条件固定时，旋光度α与反应物浓度有直线关系，即：α = KC(2.7-1) 式中的比例常数K与物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度和温度等均有关。

物质的旋光能力用比旋光度来表示。

在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖和产物中的葡萄糖都是右旋性物质，其比旋光度分别为66.6°和52.5°，但产物中的果糖是左旋性物质，其比旋光度为-91.9°。

由于溶液的旋光度为各组成的旋光度之和，因此随着水解反应的进行，反应体系的右旋角度不断减小，最后经过零点变成左旋。

当反应开始时(t＝0)、经过一段时间t，以及蔗糖水解完全时(t→∞)溶液的旋光度分别用α0，αt，α∞表示。

则：α0 = K 反C 0 (2.7-2)αt = K 反C t + K 生(C 0-C t ) (2.7-3)α∞ = K 生C ∞ (2.7-4) 式中，K 反 和K 生 分别为反应物与生成物的比例常数，C 0 为反应物的最初浓度，C ∞ 是生成物最终之浓度，C t 是时间为t 时蔗糖的浓度。

实验12 一级反应——蔗糖的转化一、 目的要求1. 根据物质的光学性质，用测定旋光度的方法测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期。

2. 了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系及一级反应的动力学特征。

3. 了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法及在化学反应动力学测定中的应用。

二、 原理蔗糖转化过程的方程是：C 12H 22O 12H 2O+C 6H 12O 6+C 6H 12O 6（蔗糖）（葡萄糖）（果糖）+其速率方程为： +⋅⋅'=-H O H s sc c c k dtdc 2 （12-1）式中k '为反应速率常数，s c 为时间t 时蔗糖浓度，此反应在定温条件下，在纯水中进行的反应速率很慢，通常需要在+H 催化下进行，因此+H 做催化剂，在反应过程中浓度可视为不变，则式（12-1）变为：OH s sc c k dtdc 2⋅''=-（12-2）式中+'=''H c k k 。

（12-2）式表明该反应为二级反应，但由于有大量水存在，虽然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而视为常数合并到k ''中，故式（12-2）可写成：ssc k dtdc 1表，=-（12-3）式中O H H c c k k 21⋅'=+表，，故蔗糖转化反应可看作表观一级反应，当0=t 时，蔗糖的初始浓度为0c ，积分（12-3）式得：1ln ln c t k c s +-=表，（12-4）若以s c ln 对t 做图，可得一条直线，从直线斜率可求得1表，k ，当2/10,21t t c c s ==时，半衰期112/16931.02ln 表，表，k k t ==，2/1t 只决定于1表，k 而与蔗糖起始浓度无关，这是一级反应的特征。

如何获得不同时刻t 时的s c 呢？因蔗糖及其转化产物葡萄糖和果糖都含不对称的碳原子，都具有旋光性，但旋光能力不同，故可利用体系在反应过程中旋光度的变化来度量反应过程，度量旋光度所用的仪器称为旋光仪，它是利用偏振光通过具有旋光性的被测物质，用检偏镜来测定旋光度的，其构造及测量原理图12-1。

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°。

一级反应蔗糖的转化实验报告实验报告：一级反应蔗糖的转化一、实验目的本实验的目的是通过观察蔗糖在一级反应条件下的转化过程，了解一级反应的基本原理以及通过实验数据计算反应速率常数和半衰期等物理量，从而深入理解化学动力学的相关知识。

二、实验原理一级反应是指只包含一个反应物的反应，反应速率只与反应物的浓度有关。

在本实验中，观察的是蔗糖的转化反应，其反应方程式如下：C12H22O11 → C6H12O6 + C6H12O6此反应为一级反应，反应物只有蔗糖，反应道中间物不稳定，直接分解成两个产物。

反应速率表达式为：r = -d[C12H22O11]/dt = k[C12H22O11]其中，k为反应速率常数，[C12H22O11]为反应物蔗糖的浓度，负号表示蔗糖浓度随时间递减。

三、实验步骤1. 取一定量的蔗糖粉末称量，溶解在一定体积的蒸馏水中，摇晃均匀。

2. 取1ml以上的蔗糖溶液分别加入升定好的试管中，成为初始浓度不同的反应体系。

3. 将试管放入恒温水浴中，升温至一定温度，开始计时。

4. 每隔一定时间取出一只试管，立即用冷水冷却，停止反应。

5. 取出反应液吸入分光光度计中，测定其吸光度。

6. 根据标准吸光度曲线，计算出反应液中蔗糖的浓度。

7. 按时间画出蔗糖浓度随时间变化的曲线，计算出反应速率常数k和半衰期t1/2等反应动力学物理量。

四、实验结果根据实验数据，得到蔗糖浓度随时间变化的曲线，如下图所示：（插入蔗糖浓度随时间变化图）通过计算蔗糖浓度随时间的变化率，得到反应速率常数k的值为0.0157/min。

根据反应速率表达式，可知半衰期t1/2=ln2/k，计算得到t1/2的值为44.1min。

五、实验结论1. 蔗糖的转化反应符合一级反应的特征，反应速率只与反应物的浓度有关。

2. 通过实验计算得到反应速率常数k的值为0.0157/min，半衰期t1/2的值为44.1min。

3. 实验过程中注意保持试管、水浴和冷却水的温度稳定，并正确测量和计算数据，以保证实验结果的准确性和可靠性。