旋光法测定蔗糖转化反应速率常数

1 / 7 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：

C12H22O11+H2O

C6H12O6+C6H12O6

（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：

–dtdcA=Akc (1)

CA为时间t时反应物的浓度，k为反应速率常数。

积分可得：

0,lnlnAAcktc (2)

式中， CA,0为反应物的初始浓度。 当CA=1/2CA,0时，t可用t1/2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cln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 2 / 7 α=βc （4）

旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

1 / 4 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

实验原理：

蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，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度极慢，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以看作是一级反应。

一级反应的速率方程可由表示为：kcdtdc，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:ktcc0lnln,c0为反应开始时反应物的浓度。由此式中不难看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc对t作图，可得一直线，由直线斜率即可得反应速率常数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的进程。其中当c=21c0时，时间t可以用t1/2表示，即为反应半衰期：t1/2=kk693.02ln。

测量物质反应的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度和溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度均有关系。当其它条件固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系，即α=βc,此式中比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度、温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度可表示为：

[α]20D=α·100/l·cA

式中[α]20D右上角的“20”是指实验时温度为20℃。D是旋光仪用钠灯光源D线的波长（即589nm），α为测得的旋光度（°），l为样品管长度（dm），cA为浓度（g/mL）。

作为反应物的蔗糖是右旋物质，其比旋光度[α]20D=66.6°；生成物中葡萄糖也是右旋物质，其比旋光度[α]20D=52.5°；果糖则是左旋物质，其比旋光度[α]20D=-91.9°.由于生成物呈现左旋物质，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，体系的旋光度可恰巧为零，而后就变成左旋，直至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

摘 要：蔗糖水解为一级反应，在室温下用旋光仪在不同反应时间测定反应液的旋光度αt, 测定完全反应后的旋光度α∞, 用所测的αt和α∞数据, 根据推导得到的方程式㏑(αt-α∞)=-Kt+㏑(αo-α∞)对t 作图可得一直线, 求直线的斜率则得反应速率常数k。

关键词：蔗糖；旋光法；转化；速率常数；半衰期

前言部分

速率常数是相当于参加反应的物质处于单位浓度时的反应速率，是一个与浓度无关而与反应温度、反应介质、催化剂等有关的重要物理量，其数值直接反映了速率的快慢，是确定反应历程的主要依据，也是化学工程中设计合理反应器的重要依据。因此测定一个反应的速率常数对该反应的动力学研究具有重要的意义。本文就以蔗糖水解反应为例，根据反应特点，用旋光法测定其转化反应的速率常数。

蔗糖转化反应为:

C12H22O11（蔗糖）+H2O → C6H12O6 （葡萄糖） + C6H12O6（果糖） V=K[C12H22O11][ H2O]

[α]D20=66.60 [α]D20=52.50 [α]D20=-91.90

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。该反应为二级反应。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，此反应可视为准一级反应。其动力学方程为

式中，k为反应速率常数;C为时间t时的反应物浓度。积分得:

式中，C0为反应物的初始浓度。以时间对浓度（t—C），lnc～t作图，斜率即为k。

当C=1/2C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。

1 实验二 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

一、实验目的

1．掌握用旋光法间接测定反应速率常数的方法。

2．学习和了解旋光仪的结构和工作原理，掌握其使用方法。

3．学习和掌握物质的旋光度、比旋光度的概念。

二、实验原理

偏振光 旋光性 旋光性物质 旋光度α 比旋光度[α]t

以旋光仪零点为界，向右旋者称为右旋物质，旋光度取正值，

向左旋者为左旋物质，旋光度取负值。

物质的旋光度α取决于：物质的本性

测定条件：

l — 光线通过溶液的厚度，即旋光管的长度(dm)； 1dm

ρB — 溶液的质量浓度即密度(g·mL1)； 1 g·mL1

t — 测定时的温度(℃)； 20℃

λ — 所用光源的波长(nm)。 钠光 589nm D

— 溶剂的性质

[α]t=

Bl

比旋光度是一个定值，同熔点、沸点一样，是旋光性物质的物理常数之一。

有上式可见：在相同测定条件下，旋光度与浓度成正比。

蔗糖的水解反应为：

C12H22O11 + H2O HClC6H12O6 + C6H12O6

蔗糖 葡萄糖 果糖

旋光度与浓度的关系：

[α]20D 66.55°（右） 52.5° －91.9°（左）

α0 = K蔗· c0（t=0，蔗糖尚未转化）

αt = K蔗（c0－c）+（K葡 + K果）c