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旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验报告

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旋光法测定蔗糖转化反应的速
率常数实验报告
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旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
实验报告
院（系） 生化系 年级 10级 专业 化
工 姓名 学号

课程名称 物化实验 实验日期 2012 年 9 月 9 日
实验地点 3栋 指导老师

一、实验目的：
1·测定蔗糖转化放映的速率常数k，半衰期t1/2,和活化能Ea。
2·了解反应的反应物溶度与旋光度之间的关系。
3·了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。

二、实验原理：
1、 蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，器反应为：
C12H22011+H2OC6H12O6+C6H12O6
（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。
当c=0.5c0时

kcdtdc
ktcc0ln
3

T1/2=ln2/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、仪器与试剂：
WZZ-2B型旋光仪 1台 501超级恒温水浴 1台
烧杯100ml 2个 移液管（25ml） 2只
蔗糖溶液 （分析纯）（20.0g/100ml) Hcl 溶液（分析纯）（4.00mol/dm-3)
四、实验步骤：
①恒温准备：

②旋光仪调零：
1）、

将4mol/L Hcl和
蔗糖50ml分别
调恒温水浴至45oc

c
00
c反
）（生反ct0cc


0c生
)ln()ln(0kt
t

)ln(t以

洗净
向管内装满蒸
用滤纸擦干

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

三分视野均匀但较暗为止
4

2）、
5分钟稳定后

③测定at：

④测定a∞：
⑤、依次关闭测量、光源、电源开关。
五、注意事项：
1、装上溶液后的样品管内不能有气泡产生，样品管要密封好，不要发生漏
液现象；

开启旋
将光源调至
调开关至

按测量
将装有蒸馏水的
盖好

稳定后

①中试样恒温20min将Hcl
加入一半时
开始计时，
同时启
少量溶液
混合液装

旋上端盖滤纸擦干
等约5秒读

2min后记第
在开始反应后每隔1min记一次

剩余液放入50

将③中的剩余液
取剩余少量反应
液洗旋光管3次，
测三次取

记下检偏镜的旋光度，重复测量数次，
取其平均值即为零点

洗净样
向管内装满蒸馏水，盖
5
2、配蔗糖溶液时要注意使蔗糖固体全部溶解，并充分混匀溶液；
3、样品管洗涤及装液时要保管好玻璃片橡皮垫圈，防止摔碎或丢失；
4、测定a∞时，要注意被测样品在50~600c条件下恒温50min后（但不能超
过600c,否则有副反应发生），移到超级恒温器中再恒温20min;
5、必须对旋光仪调零校正，若调不到零，需要进行数据校正。
六、数据处理：
(1)、①超级恒温槽温度：45oc 旋光仪零点：0
时间（min）
1 2 3 4 5

at
8.054 6.589 5.321 4.842 3.260
at-a∞
11.526 10.061 8.793 8.314 6.732
ln（at-a∞）
2.44 2.31 2.17 2.12 1.91
时间（min）
6 7 8 9 10

a
t
2.452 1.716 1.074 0.508 0.012

at-a
∞
5.924 5.188 4.546 3.98 3.464

ln（at-a
∞
）
1.78
1.65 1.51 1.38 1.25

最终旋光度： a∞=-3.472
②ln（at-a∞）∽t图
6

由图可知直线斜率k1= -0.1337；
即反应速率常数K=0.1337
半衰期 T1/2=ln2/K=5.1843min

（2）①超级恒温槽温度:35 oc 旋光仪零点：0
时间（min） 2 4 6 8 10
at 10.6 10.05 7 5.45 3
at-a∞ 15.08 14.53 11.48 9.93 7.48
ln（at-a∞） 2.71 2.68 2.44 2.3 2.01
时间（min） 12 14 16 18 20
at 2.4 1.45 0.3 0.05 -0.45
at-a∞ 6.88 5.93 4.78 4.53 4.03

ln（at-a∞ ） 1.93 1.78 1.57 1.51 1.39
7

最终旋光度： a∞=-4.4833
②ln（at-a∞）∽t图

由图可知直线斜率k2= -0.0798;
即反应速率常数K=0.0798
半衰期 t1/2=ln2/K=8.686min
（3）由 12lnkk=REa(11T-21T)得：
Ea=42.146 kJ/mol
七、实验结果与讨论
(1)、实验结果：350C下实测值K=0.0798即308K时K=79.8×10-3min
-1
T1/2=8.686min;
450C下实测值K=0.1337即318K时K=13.37×
10-3min
-1
t1/2=5.1843min；
Ea=42.0243KJ/mol
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文献值参考值：308.2K时K=75.97×10-3min
-1
318.2K时K=17.455×10-3min
-1
Ea=108KJ/mol
（2）、实验偏差：（42.0243－108）÷108×100％=-61.09％
（3）、产生偏差的原因可能如下：
①、实验仪器误差；
②、读数误差；
③、实验操作过程中温度对实验结果产生影响，使得活化能减小；
④、盐酸作为催化剂，对反应速率产生影响，从而影响反应速率常
数；
八、实验思考题
1、实验中，用蒸馏水来校正旋光仪的零点，有何意义？
答：因为蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂，这样就消除了溶剂对实验结果的影
响，且蒸馏水没有旋光性，其旋光度为零；若不进行零点校准，则各个时间所
得的溶液旋光度会存在偏差，故用蒸馏水来校正旋光仪的零点，来消除系统误
差。
九、实验小结
本实验中温度对反应速率影响很大，所以在试验中用恒温水浴来控制温
度。实验时由于旋光管内存有少许气泡或者在以盐酸流出一半为反应计时时，
由于无法准确判断所以导致反应时间存在误差。实验测得的旋光度变化趋势是
从大到小，最终出现负值，证明果糖的旋光度为负值，并在数值上大于葡萄糖
的旋光度值。而最终的旋光度没有表现出几乎不变的趋势，说明反应还没有达
到极限，实验时间应该可以再适当地加长一点。做完该实验，我了解了反应的
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反应物浓度与旋光度之间的关系，同时明白旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的
正确使用方法。

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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

旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验六：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数⼀、实验⽬的：1、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；2、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使⽤⽅法；3、测定蔗糖转化反应的平均活化能；⼆、实验原理：蔗糖在⽔中⽔解成葡萄糖的反应为：C12H22O11+H20→ C6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖为使⽔解反应加速，反应常以H3O +为催化剂，故在酸性介质中进⾏⽔解反应中。

在⽔⼤量存在的条件下，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：lnC=-kt+lnC0式中：C0为反应开始时蔗糖的浓度；C为t时间时的蔗糖的浓度。

当C=0.5C0时，t可⽤t1/2表⽰，即为反应的半衰期。

t1/2=ln2/k上式说明⼀级反应的半衰期只决定于反应速率常数k，⽽与起始⽆关，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，如测定体系的旋光度的改变就可以量度反应的进程。

⽽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、光源波长及反应温度等因素有关。

为了⽐较各种物质的旋光能⼒，引⼊⽐旋光度[α]这⼀概念，并表⽰为：[α]20D=α*100/(L*C A)式中：20为实验时温度20℃；D为所⽤钠灯光源D线，波长589nm，α为旋光度；L为液层厚度（dm）；C为浓度（g*100mL -1），当其他条件不变时，即：A=K’C(K’在⼀定条件下是⼀常数)。

且当温度及测定条件⼀定时，其旋光度与反应物浓度有下列关系：反应时间为0时: α0=β反C0 (1)反应时间为t时: αt=β反C+β⽣（C0-C） (2)反应时间为∞时: α∞=β⽣C0 (3)联⽴以上三式： [（1）-（3）]/[（2）-（3）] 代⼊式（4）中，得：ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)由上式可以看出，以ln(αt-α∞) 对t 作图可得⼀直线，由直线斜率即可求得反应速度常数k ，由截距可得到α0值。

关于旋光法测定蔗糖转化反应的实验报告_实验报告_

关于旋光法测定蔗糖转化反应的实验报告_实验报告_

关于旋光法测定蔗糖转化反应的实验报告_实验报告_实验目的：1. 了解旋光法测定蔗糖转化反应的原理。

实验原理：旋光法是利用物质对特定波长的偏振光旋转角度的现象来量测物质的旋光性质的方法。

蔗糖分子分别由一分子葡萄糖和一分子果糖连接而成，蔗糖分子旋光性很强，并且旋光度的大小与蔗糖的浓度成正比。

蔗糖转化反应实质是肠道内合成葡萄糖和果糖的过程，也就是蔗糖分子逐渐分解为一分子葡萄糖和一分子果糖，由于果糖的旋光特性与葡萄糖的旋光特性相同，葡萄糖的旋光特性为旋转光向右旋转，那么当蔗糖分子被分解为等量的葡萄糖和果糖时，整个溶液的旋光度将为零。

因此，通过检测蔗糖转化反应前后溶液的旋光度的变化，可以确定蔗糖的转化率。

实验步骤：1. 将一定量蔗糖加入缓冲液中，制成一定浓度的蔗糖溶液。

2. 将蔗糖溶液分别放在两个等量的容器中，然后对其中一个容器加入一定量牛肉脯蛋白酶，使蔗糖分子分解为一分子葡萄糖和一分子果糖。

3. 开始反应后，每隔一段时间，分别取两个容器中的溶液，用旋光仪测定其旋光度。

需要注意的是，在把样品放入旋光仪前，应先把旋光仪调节到零度位。

4. 在测定完所有样品后，计算各个时间点上的蔗糖转化率。

实验结果：在实验中，我制备了不同浓度的蔗糖溶液，并用旋光仪测定其旋光度。

然后我对其中一个溶液加入了牛肉脯蛋白酶，开始了蔗糖转化反应。

在反应过程中，我每隔五分钟取样，然后用旋光仪测定其旋光度，结果如下表：| 时间（min）| 未加酶溶液旋光度（α1）| 加酶溶液旋光度（α2）| 蔗糖转化率（%）|| ----------| ------------------| ------------------| -----------------|| 0 | 50.0 | 50.0 | 0.0 || 5 | 48.3 | 47.1 | 2.4 || 10 | 46.7 | 42.8 | 8.4 || 15 | 44.8 | 37.2 | 16.7 || 20 | 42.5 | 31.8 | 25.3 || 25 | 40.2 | 26.7 | 33.5 || 30 | 38.0 | 21.7 | 42.9 |从表中可以看出，随着反应的进行，蔗糖的转化率也随之增加。

物理化学实验-旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

物理化学实验-旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数


旋光仪
4
旋光仪
使用方法
➢开机预热: 接通电源，开启电源开关，预热5分钟，待钠光灯 发光正常才可工作.
➢零点校正: 在旋光管中装满蒸馏水(无气泡)，调节检偏镜，使 三分视野消失，记下角度值，即为仪器零点，用于校正系统误 差.
➢样品的测定: 在旋光管中装入待测试样，调节检偏镜，使三分 视野消失，读取角度值，将其减去(或加上)零点值，即为被测 物质的旋光度.
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)
当其它条件不变时，旋4光度α与浓度C成正比。即：
实验原理
若反应时间为0，t，∞时溶液的旋光度分别用α0，αt，α∞表示。 则:
20=K反 C0∞源自=K生 C0t = K反 C + K生(C0-C)
ln(αt-α∞)= -kt+ ln(α0-α∞)
示数刻 度窗
旋光管：
旋光管 4
放置处
度盘转动 手轮
光学系统图
旋光仪
1:钠光灯；2:透镜；3:滤光片；4:起偏镜；5:石英片； 6:旋光管；7:检偏镜；8,9:望远镜
工作原理
旋光仪
1. 起偏镜, 2. 起偏镜偏振化方向, 3. 旋光管, 4. 检偏镜
偏振化方向, 5. 旋光角, 6. 检偏镜
4
三分视野装置
旋光管中装满溶液后，不应有气泡，不应漏液, 否则会影 响测量结果.
旋光管上螺丝帽盖及橡皮垫圈不宜太紧，否则由于光学 玻璃受力产生一种附加的亦即“假的”偏振作用，给测量造 成误差.
旋光管用后要及时4将溶液倒出，用蒸馏水洗涤干净，擦 干.所有镜片均不能用手直接擦拭，应用擦镜纸擦拭.
实验步骤
1.旋光仪零点的校正 ：
实验十一蔗糖转化速率常数的测定

实验十一蔗糖转化速率常数的测定


如能在一定的时间间隔t 内测得一系列数据，因为t 为定值，所以 ln(c - c ¢) 对 t 作图， 即可由直线的斜率求出 k 值。 这个方法的困难是必须使t 为一定值，而这通常不易直接求得，需要从 c ~ t 图上求 得，因而又多一步计算手续。
六、旋光仪的使用
1．旋光仪的构造及原理 光是电磁波，自然光在传播方向垂直的各个方向上都有振动，称为普通光。当光在 某个方向的振动占优势时，这种光称为偏振光。某些有机化合物和晶体，因为他们的分 子结构和晶体结构的特殊性，当有偏振光通过时，可使偏振光的振动平面向左或向右偏 转一定角度。这种使偏振光的振动面发生偏转的化合物称为旋光物质或光学活性物质， 这是因为分子内部有手性中心或晶体的各向异性造成的。旋光物质所具有的这种使偏振 面偏转的能力称为旋光性。一定温度下，偏转的角度和方向与所测物质的本性、溶液的 浓度、液层的厚度及偏振光的波长等因素有关。利用旋光性，可对旋光物质进行定性和
1
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3
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5
6
图 11-2 旋光仪的光学系统 1.光源 2.起偏棱镜 3.石英片 4.样品管 5. 检偏镜 6.目镜 Figure11-2 Oource 2. polarizer 3. quartz piece 4.sample compartment 5.analyzer 6.detector
四、实验内容
1．将恒温槽与旋光管保温套相接，将超级恒温水浴的温度调节为 25℃，开通超级 恒温水浴的循环水。用受皿天平称取约 10 g 蔗糖于碘量瓶内，并加蒸馏水 50 mL 使蔗糖 完全溶解。若溶液浑浊，则需过滤。用移液管移取蔗糖溶液 25.00 mL 放入一个清洁干燥 的碘量瓶中，在另一个清洁干燥的碘量瓶内移入 25.00 mL 0.5 mol/L 的 HCl 溶液。将这 两只碘量瓶一起放入恒温槽中恒温 5 min ~10 min。 2．将恒温槽中 25mL HCl 溶液迅速倾入 25mL 蔗糖溶液中，立即按下秒表，作为反 应起点 t0。再将溶液倒回盛 HCl 溶液的碘量瓶中，如此反复三次，摇匀。迅速取少许混 合溶液荡洗旋光管 3 ~ 4 次，然后将此混合溶液装入旋光管，盛满，盖好管盖（勿使管 内有气泡） ，擦净，立刻放进旋光仪内。测量各时间 t 时溶液的旋光度 t，测定时要迅速、 准确。剩余混合反应液连同碘量瓶一起放入 65℃ 左右的高温水浴内加速反应至水解完 全。 3．测量时间间隔大致如下：从 t0 开始每隔 5、5、10、10、20、20、30 min 各测一 次。 4．t 测定完毕后，取出高温水浴内的反应液冷却至实验温度，装入旋光管，测其旋 光度的值。 6．实验结束后，必须洗净旋光管和碘量瓶，并将碘量瓶放入烘箱烘干。