1、蔗糖水解反应速率常数的测定一实验目的 （1） 根据物质的旋光性质研究蔗糖水解反应，测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期；（2） 了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；（3） 了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的使用方法。二实验原理 蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，反应式如下：C12H22O11+H2O C 6H12O6 + C6H12O6 (1)（蔗糖，右旋） （葡萄糖，右旋） （果糖，左旋）为使水解反应加速，常以 H+为催化剂，故在酸性介质中进行。此反应的速度与蔗糖浓度、水浓度和催化剂 H+浓度。因此反应中水大量存在，且在终点时仍有水，故此反应可视为一级反应，动力学方程为： = kc 积分后得
2、：ln = kt 或 ln ct = kt + ln c 0 (2)dcdt c0ct式中，c 0 为反应开始的浓度，c 为时间 t 的蔗糖浓度，k 为水解反应时的速度常数。从（2）式可看出在不同的时间测定反应物的农地，并以 ln ct 对 t 作图得一直线，由直线斜率即可求出反应速率常数 k。由于蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，偏振面的转移角度称为旋光度，以 表示。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、光源波长及反应时的温度等因素有关。当其他条件固定时，旋光度 与反应物浓度 c 呈线性关系： = c （3） 式中 与物质的旋光能力、溶液厚度、溶剂性质、光源波长、反应温度等
3、有关系的常数。物质的旋光能力用比旋光度【】来表示。蔗糖是右旋性物质，葡萄糖也是右旋性物质，果糖是左旋性物质，它们的比旋光度为 ：【 蔗 】 D20 = 66.65， 【 葡 】 D20 = 52.5， 【 果 】 D20 = 91.9(4)正值右旋，负值左旋，D：钠光灯源旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和。若以 0 ， t， 分别为反应时间 0，t，时溶液的旋光度，则可到处： c0 （ 0 ） ，c t (t ) (5) 上式中 ln（ t ）对 t 作图，所得直线的斜率即可求得反应速度常数 k。一级反应式的半衰期则用下式求取： t 1/2 = = ln 2k 0.693k三
4、仪器和试剂 旋光计（带旋光管） 、超级恒温水浴，普通水浴锅、锥形瓶（100ml） 、移液管（25ml）,秒表、2mol/LHCl 溶液、蔗糖。四操作步骤1.实验准备（1）用台秤粗称蔗糖 10g，放入锥形瓶中，准确移入 50mL 蒸馏水，搅拌，使蔗糖溶解备用。（2）将恒温水浴调节到 25恒温（夏天适当调高，并可将反应溶液按 50mL 蔗糖溶液加 25mLHCl 溶液配制） ，然后将旋光管口外套接上恒温水。2.旋光仪零点调节在旋光管中注入纯水，放入旋光仪暗箱中，开启旋光仪电源预热 10min，待钠光灯稳定后，开启测量开关，光频显示值应为 00.000，若显示值不为 00.000，可按清零键使其归零
5、。 3.蔗糖水解过程中 t 的测定用移液管取 25mL 蔗糖溶液，50mL2mol/L HCl 溶液，分别注入两个 100mL 干燥的锥形瓶中，并将此二锥形瓶同时置于恒温槽中恒温 1015mi，待恒温后，取 25mL2mol/L 的HCL 溶液加到盛有蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在 HCl 溶液加入到一半时开动秒表作为反应的开始时间（注意：秒表一经启动，勿停，直至实验完毕） ，不断震荡摇动锥形瓶，迅速取少量混合液清洗旋光管 2 次，然后以此混合液注满旋光管，盖好玻璃片，旋紧套盖（检查是否漏液，有气泡） ，檫洗旋光管两端的玻璃片，立刻置于旋光仪中，盖上箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。反应开
6、始第 2min 时读取第一个数据，第 5min 是读取第二个数据，之后每 5min 读取一次数据，一直测量到旋光度为负值为止或一直做到反应 90min为止。4. 的测定在进行第 3 步的同时，将步骤 3 中剩余的混合液置于 6070水浴内恒温 60min 以上，使其加速反应至完全，然后取出，冷却至水浴温度，测其旋光度，此值即可认为是 5. 数据记录与处理 反应温度： 25 蔗糖浓度： 200g/L 盐酸浓度： 2mol/L t/min 5 10 15 20 25 30 35 40 45 t 12.965 11.870 10.835 9.835 8.905 8.005 7.165 6.365 5
7、.635 t- 17.270 16.175 15.140 14.140 13.210 12.310 11.470 10.670 9.940ln（ t- ）2.849 2.783 2.717 2.649 2.581 2.510 2.440 2.367 2.297- 4.305（1）完成上表，用 ln（ t ）对 t 作图，由直线斜率求出反应速率常数 k（直线斜率的相反数即为速率常数 k） 。y = -0.0138x + 2.92280.0000.5001.0001.5002.0002.5003.0000 10 20 30 40 50系 列 1线 性 (系 列 1)（2）计算反应的半衰期 t1/2.。t 1/2 = = = =50.22minln 2k 0.693k 0.6930.0138六思考题（1）蔗糖溶液为什么可以粗略配制？答：因为蔗糖的初始浓度对实验测定结果没有影响（2）蔗糖的转化速度和哪些因素有关？答：蔗糖的转化速度与盐酸的浓度、蔗糖溶液的浓度、温度等有关（3）反应开始时，为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中，而不是相反？答：因为盐酸溶液稀释的时候会放出大量的热
