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西安电子科技大学
化学探究实验课程实验报告
实验名称蔗糖水解反应动力学研究
学院班Array姓名学号
同作者实验序号
实验日期2020 年4 月20日
蔗糖水解反应动力学研究
一、实验目的：
1.测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数、半衰期和活化能。
2.研究温度对蔗糖水解反应速率的影响。
3.了解旋光仪的原理、使用方法及在化学反应动力学测定中的应用。
二、实验原理：
蔗糖在水中可发生水解反应，转化成葡萄糖与果糖，其反应为
二、主要仪器及试剂：
1.仪器
旋光仪1台，旋光管1支，恒温水浴1台，超级恒温槽1台，蒸馏水洗瓶1 个，150mL 带塞锥形瓶4个，刻度移液管2个，100C温度计1支。
电子天平(百分之一)
2.试剂
3.0mol/dm-3盐酸溶液，蔗糖。
四、实验主要步骤
五、数据记录处理
1. 将反应时间t、旋光度［a t－a∞］、ln［a t－a∞］列入下表中。
温度：30℃, 盐酸浓度： 2.5mol/dm-3 , α∞：-4.2；仪器的零点：。
温度：35 ℃, 盐酸浓度：2.5mol/dm-3 , α∞：-3.9。
表 实验数据列表
2. 以时间t 为横坐标，ln(t αα∞－）为纵坐标作图，由直线的斜率分别求出30℃、35℃时的k 。
30 C 时k=0.042 35 C 时k=0.077
3. 计算蔗糖反应的半衰期。
30 C 时t 1/2=16.5
35 C 时t 1/2=9.0
4. 由两个温度测得的k 值计算反应的活化能。
9.406*104J/mol 六、实验结果分析及回答问题。
蔗糖水解一、实验目的1、用旋光法测定蔗糖在酸存在下的水解速率常数。
2、掌握旋光仪的原理与使用方法。
二、实验原理蔗糖水溶液在有氢离子存在时将发生水解反应：C12H22O11 (蔗糖)+H2O→C6H12O6 (葡萄糖)+C6H12O6 (果糖)蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性物质，它们的比旋光度为：[α蔗]D=66.650， [α葡]D=52.50， [α果]D=-91.90式中：表示在20℃用钠黄光作光源测得的比旋光度。
正值表示右旋，负值表示左旋。
由于蔗糖的水解是能进行到底的，并且果糖的左旋远大于葡萄糖的右旋性，因此在反应进程中，将逐渐从右旋变为左旋。
当氢离子浓度一定，蔗糖溶液较稀时，蔗糖水解为假一级反应，其速率方程式可写成：(1)式中：CA0——蔗糖初浓度；CA——反应t时刻蔗糖浓度。
当某物理量与反应物和产物浓度成正比，则可导出用物理量代替浓度的速率方程。
对本实验而言，以旋光度代入（1）式，得一级反应速度方程式：(2)以ln(α-α∞)/对t作图，直线斜率即为-k。
通常有两种方法测定α∞。
一是将反应液放置48小时以上，让其反应完全后测；一是将反应液在50—60℃水浴中加热半小时以上再冷到实验温度测。
前一种方法时间太长，而后一种方法容易产生副反应，使溶液颜色变黄。
本实验采用Guggenheim法处理数据，可以不必测α∞。
把在t和t+△（△代表一定的时间间隔）测得的分别用αt 和αt+△表示，则有(3)(4)(3)式—(4)式:取对数:(5)从(5)式可看出，只要△保持不变，右端第一项为常数，从ln(αt-αt+△) 对t作图所得直线的斜率即可求得k。
△可选为半衰期的2-3倍，或反应接近完成的时间之半。
本实验可取△=30min，每隔5min取一次读数。
仪器与试剂旋光仪全套；25ml容量瓶1个；25ml移液管1支；100ml锥形瓶1个；50ml烧杯1个。
4mol?L-1HCl；蔗糖。
三、实验步骤1、先作仪器零点校正。
1. 了解蔗糖水解反应的基本原理及实验方法。
2. 掌握旋光仪的使用技巧，并学会通过旋光度变化来测定蔗糖水解反应的速率常数。
3. 通过实验，了解蔗糖水解反应在酸催化下的速率变化规律。
二、实验原理蔗糖是一种非还原性糖，在水解过程中，蔗糖分子在酸催化作用下分解为葡萄糖和果糖。
葡萄糖和果糖都是还原性糖，具有旋光性。
实验中，通过测定溶液旋光度随时间的变化，可以了解蔗糖水解反应的速率。
实验原理如下：1. 蔗糖水解反应方程式：C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O62. 葡萄糖和果糖的旋光性：葡萄糖：[α]D20 = +52.50果糖：[α]D20 = -91.903. 蔗糖水解反应速率方程：dCA/dt = kCA其中，CA为t时刻的蔗糖浓度，k为反应速率常数。
4. 旋光度与旋光性物质浓度的关系：[α] = αcL其中，[α]为旋光度，α为旋光率，c为旋光性物质浓度，L为比旋光管长度。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：旋光仪、锥形瓶、移液管、滴定管、烧杯、冰浴、恒温水浴、秒表等。
2. 试剂：蔗糖溶液（10g/L）、盐酸（1mol/L）、葡萄糖标准溶液（1g/L）、果糖标准溶液（1g/L）、蒸馏水等。
1. 准备实验装置：将旋光仪预热至室温，调节至零点。
2. 配制蔗糖溶液：称取10g蔗糖，加入适量蒸馏水溶解，定容至100mL，配制成10g/L的蔗糖溶液。
3. 测定初始旋光度：将配制好的蔗糖溶液置于旋光仪中，测定其旋光度，记录为[α]0。
4. 加入盐酸：向锥形瓶中加入10mL蔗糖溶液，加入2mL 1mol/L盐酸，混匀。
5. 开始实验：将锥形瓶置于恒温水浴中，开始计时，每隔一定时间（如1分钟、2分钟、3分钟等）取出锥形瓶，立即用旋光仪测定旋光度，记录为[α]t。
6. 绘制旋光度-时间曲线：以时间为横坐标，旋光度为纵坐标，绘制旋光度-时间曲线。
7. 计算反应速率常数k：根据实验数据，以ln(-)/t作图，直线斜率即为-k。
浙江万里学院生物与环境学院化学工程实验技术实验报告实验名称：蔗糖水解反应速率常数的测定实验预习(30分)(1) 实验目的1 •根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应率度常数 2•了解自动旋光仪的基本原理、掌握使用方法。
(2) 实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为：C 12H2Q 1 + H 2O a C 6H12C 6 +C6H2Q葡萄糖 果糖为使水解反应加速，反应常常以 HO 为催化剂，故在酸性介质中进行。
水解 反应中，水是大量的，反应达终点时，虽有部分水分子参加反应，但与溶质浓度 相比可认为它的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，其动力学方程式为：de kcdt(1)(2)当c2c0时，t 可用切2平表示，即为反应的半衰期上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速度常数 k ，而与起始浓度无关，这是 一级反应的一个特点。
蔗糖及其水解产物均为旋光物质，当反应进行时，如以一束偏振光通过溶液， 则可观察到偏振面的转移。
蔗糖是右旋的，水解的混合物中有左旋的，所以偏振 面将由右边旋向左边。
偏振面的转移角度称之为旋光度，以表示。
因此可利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。
溶液的旋光度与溶液中所含 旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源的波长以及反应时的温度等因素有关。
为了比较各种物质的旋光能力。
引入比旋光度 []这一概念，并以下式表示:蔗糖 式中：c 0为反应开始时蔗糖的浓度; c 为时间t 时蔗糖的浓度[D ]=r^ (3)式中：t 为实验时的温度；D 为所用光源的波长； 为旋光度；I 为液层厚度 （常以10cm 为单位）；（3）式可写成：c 为浓度（常用100 mL 溶液中溶有m 克物质来表示）, ta [a] Dl m 100（ 4）或a [a]D l c由（5）式可以看出，当其他条件不变时，旋光度 即a K 'c式中：K '是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反 应时的温度等有关的常数。
蔗糖水解实验报告
实验人：034 文昊
2012年1月1日22:48于16#405寝室整理
蔗糖水解实验数据处理
外界压力：kpa 温度：℃湿度：86%RH 实验分析讨论：
图1.实验数据处理得图
图2.复测数据所得曲线
在复测时，对时间由自己控制。
得到如表2所示数据，将时间延长至三小时左右，得到的α∞=几乎不变化。
实验时间过长是实验的最大缺陷。
从实验得到的曲线可以看出其反应速率常数k=（因为复测的R2>按书上步骤的R2，故取复测数据。
）
问题回答：
1.如果实验所用蔗糖不纯，对实验有什么影响？
实验中若所用的蔗糖不纯可能会使实验的旋光度测量不准确。
若是其中的杂质无旋光性则不会影响；若有但是旋光度不变化，也不会影响；若是杂质参与反应，即旋光度有变化，将会使实验测得的旋光度测量不准确，即数据处理时相减不能将其中的变化值消除。
2.本实验是否一定需要校正旋光计的零点？
实验不一定需要校正旋光计的零点，在实验中校正其零点的目的是为了更好的观察旋光度的变化和记录。
若是没有将旋光计在测量水的旋光度时校零，就需要记录水的旋光度，同时在以后步骤中测量的都是蔗糖水溶液的旋光度，所以在最后处理数据时将水的旋光度减去即可。
因此实验不需要校正旋光计的零点也能进行！
教员签字：。
蔗糖水解实验报告(标准版) 蔗糖水解实验报告一、实验目的1.学习和掌握蔗糖水解反应的原理和方法。
2.观察蔗糖在不同条件下的水解速度和产物。
3.培养实验操作技能和观察能力，提高对科学实验的兴趣。
二、实验原理蔗糖是一种双糖，可溶于水，具有甜味。
在酸或酶的作用下可水解成单糖（葡萄糖和果糖），此反应称为蔗糖的水解。
本实验采用酸水解和酶水解两种方法进行比较，观察反应速度、产物的量和纯度。
三、实验步骤1.准备实验用品：50%蔗糖溶液、盐酸盐酸盐酸（浓度）、恒温水浴、硫酸、淀粉试纸、碘试剂、玻璃棒、试管、滴定管、计时器。
2.酸水解：将一定量的50%蔗糖溶液放入试管中，加入盐酸盐酸盐酸，摇匀。
将试管放入恒温水浴中，用计时器记录时间。
随着反应的进行，不断搅拌溶液，并使用碘试剂检测溶液中的还原糖。
当溶液颜色发生变化时，表示蔗糖已经水解完全。
记录水解所需时间。
3.酶水解：将一定量的50%蔗糖溶液放入试管中，加入适量的蔗糖酶，摇匀。
将试管放入恒温水浴中，用计时器记录时间。
随着反应的进行，不断搅拌溶液，并使用碘试剂检测溶液中的还原糖。
当溶液颜色发生变化时，表示蔗糖已经水解完全。
记录水解所需时间。
4.测定还原糖：取两个试管，分别加入酸水解和酶水解得到的溶液各1mL，再加入9mL蒸馏水稀释。
用碘试剂进行显色反应，记录颜色变化所需时间，并比较颜色的深浅，从而判断还原糖的含量。
四、实验结果与分析1.酸水解与酶水解的比较：酸水解反应快，但产物果糖含量较高；酶水解反应慢，但产物葡萄糖含量较高。
酸水解产生的果糖具有较高的甜度，而葡萄糖的甜度较低。
因此，在实际应用中应根据需要选择合适的蔗糖水解方法。
2.影响因素分析：酸水解与酶水解的速度受温度、浓度、催化剂等因素的影响。
在实验过程中，应控制变量，以排除干扰因素的影响。
同时，实验操作过程中要注意安全问题，如酸的使用、加热等环节应规范操作。
3.实验误差分析：由于实验操作和环境因素的影响，实验结果可能存在误差。
蔗糖水解速率常数的测定实验报告目录一、实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31.理解蔗糖水解的基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.学会使用滴定法测定蔗糖的水解速率常数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.掌握实验操作步骤和数据处理方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5二、实验原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61.蔗糖的水解反应方程式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.滴定法测定水解速率的原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73.测定速率常数的数学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7三、实验材料与仪器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．81.实验材料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8滴定管．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 玻璃棒．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 精确计时器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.实验仪器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16电子天平．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 电磁搅拌器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 温度计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 滴定管．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20四、实验步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．241.实验准备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25检查仪器是否完好．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 准备试剂和样品．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．262.样品处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27称量蔗糖样品．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28 确定样品的浓度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．293.实验操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30配制一定浓度的硫酸溶液．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30 将蔗糖样品加入滴定管中．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31 开始滴定，同时开启计时器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32 每次滴定后，记录消耗的硫酸体积．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.数据处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34计算每次滴定的平均消耗体积．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35 使用线性回归分析确定水解速率常数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36五、实验结果与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．381.实验数据表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．392.数据分析图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．403.结果讨论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41 分析实验数据的可靠性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43 探讨可能影响水解速率的因素．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．441.汇总实验数据．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．462.给出蔗糖水解速率常数的测定结果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．473.总结实验经验和存在的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48七、实验记录与反思．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．491.实验过程中的关键记录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．502.对实验操作的反思和改进意见．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．523.对未来实验的展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53一、实验目的本实验旨在通过测定蔗糖在不同条件下的水解速率常数，来深入理解蔗糖的水解反应机理和条件对反应速率的影响。
蔗糖水解实验报告实验目的：了解蔗糖水解反应的基本原理，探究酶对蔗糖水解速率的影响。
实验器材和试剂：1. 高温恒温槽2. 恒温振荡器3. 进气管4. 磷酸盐缓冲溶液（pH 6.8）5. 蔗糖溶液6. 酶液7. 间隔时间计时器8. 甘露醇溶液（作对照）实验步骤：1. 准备所需的酶液、缓冲液、蔗糖溶液和甘露醇溶液。
将恒温槽温度设定为37℃。
2. 在实验管中加入3ml缓冲溶液。
3. 分别加入1ml蔗糖溶液和1ml酶液，迅速混合，并将实验管放入恒温槽中开始反应，同时开始计时。
4. 每隔一定时间（如10秒）取出实验管，立即加入1ml甘露醇溶液停止反应，即可便于比色。
5. 在不同时间点停止反应后，使用间隔时间计时器计算下一次取样时间，并重复步骤4，直至5次实验取样完成。
6. 将取样液体的吸光度的数值记录下来。
实验数据记录与处理：根据所得的吸光度数值绘制时间与吸光度的关系曲线。
根据曲线的形状可以初步判断蔗糖的水解反应速率。
实验注意事项：1. 实验过程中要保持恒温槽温度的稳定，以保证实验条件的一致性。
2. 在取样之前，要确保甘露醇溶液的加入能够迅速停止反应，避免产生误差。
3. 实验过程中要注意操作的准确性，避免实验误差的引入。
实验结果与分析：根据时间与吸光度关系曲线的形状，可以初步判断蔗糖的水解反应速率。
如果曲线呈现逐渐增加并趋于平缓的趋势，则表示蔗糖水解速率较慢；如果曲线呈现急速增加并逐渐趋于稳定的趋势，则表示蔗糖水解速率较快。
通过对比甘露醇溶液的吸光度曲线，可以排除其他因素对吸光度的影响，准确评估酶对蔗糖水解的影响。
实验结论：通过本实验可以得到蔗糖水解反应速率与酶浓度的关系，进而了解蔗糖被酶水解的机理和速率。
根据实验结果可以得出结论：酶浓度越高，蔗糖水解速率越快。
这一实验结果有助于探究生物体内各种代谢反应的速率调节和调控机制。
蔗糖水解实验报告蔗糖水解实验报告引言：蔗糖是一种常见的碳水化合物，广泛应用于食品加工和饮料制造中。
蔗糖水解是一种重要的化学反应，通过此实验我们可以了解蔗糖分解的过程和机理，以及观察其对酶的影响。
本实验旨在通过观察不同条件下蔗糖水解的速率变化，探究反应条件对蔗糖水解的影响。
实验材料和方法：实验所需材料包括蔗糖溶液、酵母酶溶液、盐酸溶液、试管、滴管、计时器等。
首先，将蔗糖溶液与酵母酶溶液混合，然后加入适量的盐酸溶液。
接下来，将试管放置在恒温水浴中，并设置不同的温度。
在一定时间间隔内，使用滴管取出少量反应液，加入碱性溶液进行中和反应。
最后，使用酚酞指示剂，通过颜色变化来判断反应的进行程度。
结果与讨论：通过实验观察，我们发现蔗糖水解的速率受到多种因素的影响，包括温度、酶浓度和pH值等。
首先，我们对不同温度下的蔗糖水解速率进行了比较。
结果显示，随着温度的升高，蔗糖水解的速率也随之增加。
这是因为温度的升高会导致酶的活性增强，从而加速反应的进行。
然而，当温度过高时，酶的活性会受到破坏，从而降低反应速率。
其次，我们研究了酶浓度对蔗糖水解速率的影响。
实验结果表明，随着酶浓度的增加，蔗糖水解速率也随之增加。
这是因为酶是催化剂，它可以加速化学反应的进行。
当酶浓度较低时，催化反应的活性位点没有完全被占据，从而限制了反应速率的增加。
而当酶浓度达到一定程度后，反应速率趋于稳定。
最后，我们研究了pH值对蔗糖水解速率的影响。
实验结果显示，当pH值在一定范围内时，蔗糖水解速率最高。
这是因为酶在特定的pH值下才能发挥最佳的催化效果。
当pH值偏离这个范围时，酶的构象发生改变，导致催化活性降低，从而影响反应速率。
结论：通过本实验，我们了解到蔗糖水解的过程和机理，并研究了温度、酶浓度和pH 值对蔗糖水解速率的影响。
实验结果表明，在适宜的条件下，蔗糖水解速率可以被有效地加快。
这对于食品加工和饮料制造等领域具有重要意义。
同时，本实验也展示了科学实验的设计和操作方法，培养了我们的实验技能和科学思维能力。
蔗糖水解实验报告简介蔗糖是生活中常见的一种糖分。
蔗糖水解是一种以酸为催化剂的化学反应，它可以将蔗糖水解成葡萄糖和果糖两种单糖，进一步将单糖分解成能被人体吸收利用的小分子糖。
因此，通过这个实验，我们可以探究蔗糖在人体内消化吸收的过程。
实验方法实验仪器：试管架、试管、移液管、取样钳、酸度计等。
实验药品：蔗糖、硫酸、蒸馏水、氢氧化钠、酚酞等。
步骤如下：1、取一定量的蔗糖，加入试管中，用蒸馏水稀释至一定浓度，并记录下蔗糖的浓度和稀释倍数。
2、在试管中加入适量的硫酸溶液作为催化剂，放置一段时间。
3、加入合适的氢氧化钠溶液来中和硫酸，使得溶液的酸碱度接近于中性，再加入适量的酚酞作为指示剂。
4、使用酸度计测定液体的pH值，并记录下结果。
5、通过比对控制组（不加硫酸）与实验组（加硫酸）pH值的差异，观察酸性反应对蔗糖的水解速度产生的影响。
实验结果在加入硫酸的情况下，蔗糖的水解速度会加快。
我们测得控制组的pH值为7，而实验组的pH值仅为3左右，在酸性环境下，蔗糖分子与硫酸中的氢离子结合，使得蔗糖分子间的结构松散，从而容易被水解成葡萄糖和果糖，同时生成大量的蔗糖酸。
在此过程中，酸酐中脱去了一水分子，生成了葡萄糖和果糖单糖。
综上所述，在过酸环境中，蔗糖水解速度会明显提高。
实验结论蔗糖水解实验表明，在过酸环境下，蔗糖水解平衡向单糖方向移动，水解速度会加快。
由于人体内胃部的酸性环境，蔗糖在人体中同样可以迅速被水解成小分子的葡萄糖和果糖，从而为我们提供能量。
然而，蔗糖过量摄入会给身体带来许多健康问题，因此在日常生活中应适当控制蔗糖的摄入量。
实验意义本次实验通过模拟人体酸性环境，探究了蔗糖在人体内的消化吸收过程。
这对于了解人体消化系统的功能及蔗糖的代谢具有一定的意义，为我们控制蔗糖摄入提供了一定的科学依据。
同时，在学习化学实验中，我们也能更好地理解化学反应的原理和涉及到的科学知识，有助于我们更好地学习化学相关知识。
均相酸催化蔗糖水解反应学生姓名：陈荔涵学号： 20102221234专业 : 10化四合作者：谢梓洽、王玉洁、彭俏苑实验日期：2013.4.16 指导老师：孙艳辉一、实验目的1、根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测量其反应速率常数。
2、了解旋光仪的基本原理，掌握使用方法。
3、研究不同种类酸催化对蔗糖水解反应反应速率常数的影响，验证布朗斯特德定律。
4、研究不同浓度酸对蔗糖水解反应反应速率常数的影响，了解催化剂的比活性概念。
二、实验原理1、蔗糖的水解反应和利用旋光法测水解速率常数的原理蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖：C12H22O11+ H2O —→ C6H12O6+ C6H12O6（蔗糖）（葡萄糖）（果糖）其中， 20℃时，蔗糖的比旋光度〔α〕＝66.6°；葡萄糖比旋光度〔α〕＝52.5°；果糖的比旋光度〔α〕＝－91.9°蔗糖水解反应，开始体系是右旋的角度大，随反应进行，旋光角度减少，变成左旋。
蔗糖水解反应是一个二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，因此，蔗糖转化反应可作为一级反应。
如果以 c 表示到达 t 时刻的反应物浓度，k 表示反应速率常数，则一级反应的速率方程为：- dc / dt= kt对此式积分可得：ln c = - kt + ln c式中 c 为反应过程中的浓度，c0为反应开始时的浓度。
当 c = c/ 2 时，时间为 t1/2，称为半衰期。
代入上式，得：t1/2= ln 2 / k = 0.693 / k测定反应过程中的反应物浓度，以 ln c 对 t 作图，就可以求出反应的速率常数 k。
但直接测量反应物浓度比较困难。
在这个反应中，利用体系在反应进程中的旋光度不同，来度量反应的进程。
物质的旋光能力用比旋光度来度量：蔗糖的比旋光度[α]D20=66.6°，葡萄糖的比旋光度[α]D20=52.5°，果糖是左旋性物质，它的比旋光度为[α]D20=-91.9°。
因此，在反应过程中，溶液的旋光度先是右旋的，随着反应的进行右旋角度不断减小，过零后再变成左旋，直至蔗糖完全转化，左旋角度达到最大。
当t=0时，蔗糖尚未开始转化，溶液的旋光度为：α0 = β反应物c (1)当蔗糖已完全转化时，体系的旋光度为：α∞ = β生成物c (2)此处，β为旋光度与反应物浓度关系中的比例系数。
时间 t 时，蔗糖浓度为 c，旋光度应为：αt = β反应物c + β生成物(c- c) (3)由1、2式：由2、3式：代入 ln c = - kt + ln c式，可得：ln (αt - α∞) = - kt + ln (α- α∞)根据实验测得的反应过程中的旋光度值计算 ln (αt - α∞)，再对时间作图，可得一条直线，根据直线斜率可求得反应速率常数。
2、均相酸催化布朗斯特德定律在酸催化反应中包含了催化剂分子把质子转移给反应物，因此催化剂的效率常与酸催化剂的酸强度有关。
在酸催化时，酸失去质子的趋势可用它的解离常数K来衡量：HA + H2O = H3O+ + A-酸催化反应速率常数ka应与酸的解离常数Ka成比例，实验表明，两者有如下的关系：ka =GaKaα或 lg ka = lgGa+αlgKa式中Ga，α均为常数，它决定于反应的种类和反应条件。
对于碱催化的反应，碱的催化作用速率常数kb同样与它的解离常数Kb有如下的关系：k b =GbKbβ式中Gb，β均为常数，它决定于反应的种类和反应条件。
3、催化剂的比活性催化活性是指催化剂催化物质发生反应的能力，是催化剂的重要性质之一。
通常，催化剂并不按照化学方程式计量关系进行作用，其用量可以是任意的。
在相同条件下，反应速率与催化剂用量成正比，在均相催化中可以用生成中间化合物来解释。
为了描述不同物质催化活性的差异，工业生产上常以每单位容积(或质量)催化剂在单位时间内转化原料反应物的数量来表示，如每立方米催化剂在每小时内能使原料转化的千克数。
对于液相催化反应，通常用速率常数与催化剂浓度之比来表示比催化剂活性。
比催化活性表明，催化剂的催化作用取决于其本性，而与用量无关。
三、仪器药品旋光仪 1 台; 停表 1 块锥形瓶（100 ml） 2 个; 移液管（20 ml） 2 支蔗糖（分析纯）；HCl 溶液（6M）；HCl 溶液（3M）；HAC（4 M）；磷酸（4 M）；硫酸（4M）；四、实验操作步骤1．测定不同浓度盐酸(6M和4M) 催化蔗糖水解的速率常数，计算盐酸的比催化活性。
（1）在室温下进行实验。
（2）旋光仪零点校正：开启旋光仪,将光源开关拔至交流(AC),钠灯亮,经20 分钟预热后使之发光稳。
按测量开关,仪器进入待测状态。
将装有蒸馏水的旋光管放入样品测量室,盖好箱盖,待显示读数稳定后,按清零钮完成校零。
（3）6MHCl催化蔗糖水解过程中a t的测定：用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中，然后再移取30mL6mol/LHCl溶液于另100mL带赛三角瓶中。
将HCl溶液迅速倒入蔗糖溶液中，来回倒三次，使之充分混合。
并在加HCl时同时启动秒表以记录反应时间, 立即用少量反应液荡洗旋光管两次,然后将反应液装满旋光管,旋上端盖,外部用滤纸擦干后放进旋光仪内,盖好箱盖,先记下时间，再读取旋光度值。
每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每3分钟读一次，30min后，每5min读一次。
（4）a∞的测定：将步骤（3）剩余的混合溶液置于近60℃的水浴中，恒温30min以加速反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测定其旋光度，此值即可认为是a∞。
（5）3MHCl催化蔗糖水解过程中a t的测定：将步骤（3）的6MHCl换成3MHCl，重复步骤（3）、（4）。
2．测定不同种类酸对催化速率常数的影响，包括HAC（4 M）、磷酸（4 M）、硫酸（4M）、验证布朗斯特德定律: lg ka = lgGa+αlgKa。
（6）不同种类酸催化蔗糖水解过程的测定：将6MHCl分别换成4 MHCl、4M硫酸、4M 磷酸按照步骤（3）测定水解过程中a t ，然后再按照步骤（4）测定a∞。
五、数据记录与处理1、4mol/L HCl催化蔗糖水解数据记录与处理：（1）蔗糖溶液完全水解旋光度a∞= -0.87（2）4mol/L HCl催化蔗糖水解数据记录：温度：室温盐酸浓度：4mol/L表1 4mol/L HCl催化蔗糖水解数据记录（3）以ln(at-a∞）对t作图如图1：图1 6mol/L HCl催化蔗糖水解由图1得ln(at-a∞）对t所做图的直线为y = -0.0601x + 1.363，R2 = 0.9899可见直线的斜率为-0.0601，则反应的速率常数为0.0601。
2、6mol/L HCl催化蔗糖水解数据记录与处理：=-0.9（1）蔗糖溶液完全水解旋光度a∞（2）6mol/L HCl催化蔗糖水解数据记录：温度：室温盐酸浓度：6mol/L表2 6mol/L HCl催化蔗糖水解数据记录图2 6mol/L HCl催化蔗糖水解由图2得ln(at-a∞）对t所做图的直线为y = -0.1832x + 1.3577，R2 = 0.9865可见直线的斜率为-0.1832，则反应的速率常数为0.1832。
3、4mol/L H2SO4催化蔗糖水解数据记录与处理：=-0.98（1）蔗糖溶液完全水解旋光度a∞（2）4mol/L H2SO4催化蔗糖水解数据记录：温度：室温硫酸浓度：4mol/L表3 4mol/L H2SO4催化蔗糖水解数据记录图3 4mol/L H2SO4催化蔗糖水解由图3得ln(at-a∞）对t所做图的直线为y = -0.1211x + 1.3425，R2 = 0.9946可见直线的斜率为-0.1211，则反应的速率常数为0.1211。
4、4mol/L H3PO4催化蔗糖水解数据记录与处理：=-0.86（1）蔗糖溶液完全水解旋光度a∞（2）4mol/L H3PO4催化蔗糖水解数据记录：温度：室温磷酸浓度：4mol/L表4 4mol/L H3PO4催化蔗糖水解数据记录图4 4mol/LH 3PO 4催化蔗糖水解由图4得ln(a t -a ∞）对t 所做图的直线为y = -0.0284x + 1.3427，R2 = 0.7082可见直线的斜率为-0.0284，则反应的速率常数为0.0284。
7、布朗斯特德定律的应用：查阅硫酸和醋酸的解离常数，其中磷酸只考虑一级电离，所得数据如下表： 表6 硫酸、磷酸相关数据k algk a K algK a 硫酸 1.00E+03 30.1668 -0.7778 磷酸 7.52E-03-2.123780.0187-1.72816按照公式a k lg =lgG a +algK a 作图，如下图6：图6 蔗糖在硫酸、磷酸水解过程中，布朗斯特德关系图 由图6可知a k lg =7.1935+5.3914lgK a ，则G a =7.1935，a=5.3914。
8、不同浓度盐酸条件下的比催化活性：用不同浓度盐酸的反应速率常数除于盐酸浓度求得比催化活性，如下表7： 表7 不同盐酸浓度的比催化活性 反应速率常数 比催化活性 6MHCl 0.3145 0.052417 3MHCl 0.0984 0.0328根据lgk=lgk'-pH 做图得图7：图7 不同盐酸浓度的比催化活性由图7所得的不同盐酸浓度的比催化活性得：lgk=-1.8068-1.6763pH9、不同酸根离子的比催化活性比：计算硫酸的比催化活性与盐酸比较，如下表8：表8 不同酸根离子比催化活性的比较反应速率常数比催化活性6MHCl 0.3145 0.0524173MHCl 0.0984 0.03284M硫酸0.1668 0.0417七、分析与讨论1、不同浓度盐酸比催化活性：催化活性是指催化剂催化物质发生反应的能力，是催化剂的重要性质之一。
为了描述液相催化反应催化活性的差异，通常用速率常数与催化剂浓度之比来表示比催化剂活性。
由表7、图7得出的不同浓度盐酸的比催化活性基本相同，（在实验允许误差之内），所以比催化活性表明，催化剂的催化作用取决于其本性，而与用量无关。
加大酸的浓度可以加快反应速率，但是并不是酸的浓度越高越好，因为酸的浓度过大可能使得逆反应加快反而减慢反应速率。
2、不同酸根离子比催化活性比较：通过表的数据，可见均相酸催化蔗糖中酸根离子不影响催化，只与氢离子的浓度有关，故硫酸也使用公式：lgk=lgk'-pH 。
3、催化反应的酸强度敏感：布朗斯特德定律：a k lg =lgG a +algK a 其a 值为0~1。
根据表6、图6可得蔗糖在硫酸和硫酸遵循布朗斯特德定律，且：a k lg =7.1935+5.3914lgK a ，即a=5.3914，接近1，表明蔗糖的水解对催化剂强度敏感，只有强酸才能催化该反应，这与实验所得结论是一样的。
