1、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 一、目的要求1、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法；2、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系； 3、测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。二、基本原理蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为： C12H22O11（蔗糖）+H 2O C6H12O6（葡萄糖）+C 6H12O6（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：式中 C 为时间 t 时的反应物浓度，k 为反应速率常数。上式积分可得： C0 为反应开始时反应物浓度。 当 C=0.5C0 时,可用 t1/2 表示,既为反应半衰期: t1/2 =ln2/
2、k = 0.693/k 从 可看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以 ln 对 t 作图，可得一直线，由直线斜率既可得反应速率常数 k。然而反应是在不断进行的，要快速分析出反应物的浓度的困难的。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。 测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件固定时，旋光度 与反应物浓度 C 呈线形关系，即 = C。式中比例常数 与物质旋光能力、溶液性质、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
3、来度量,比旋光度用下式表示: D20 =100 / lC A (165)式中 D20右上角的“20”表示实验时温度为 20，D 是指用钠灯光源 D 线的波长(即 589nm)， 为测得的旋光度( o)，l 为样品管长度(dm)，C A 为浓度( g/100mL )。 作为反应物的蔗糖是右旋性物质,其比旋光度 D20 = 66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度 D20 = 52.5o，但果糖是左旋性物质，其比旋光度 D20 = -91.9o。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈现左旋性质。因此随着反应进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等
4、于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值 。 设体系最初的旋光度为 0= 反 C0 ( t=0，蔗糖尚未转化 ) 体系最终的旋光度为 = 生 C0 ( t=，蔗糖已完全转化 ) 以上两式中 反 和 生 分别为反应物与生成物的比例常数。当时间为 t 时,蔗糖浓度为 C，此时旋光度为 t，即 t= 反 C + 生 (C0 C) 由以上三式联立可解得：C0=( 0- )/( 反 - 生 ) = ( 0- ) C=( t- )/( 反 - 生 ) = (t- ) 将以上两式代入 即得：ln( t- )=-kt+ln( 0- ) 显然,以 ln( 0- )对 t 作图可得一直线，从直
5、线斜率既可求得反应速率常数 k。三、仪器 试剂旋光仪 移液管(25mL) 2 支恒温箱 蔗糖(分析纯)具塞大试管（50mL） 2 支 HCl 溶液四、实验步骤 1、仪器装置 请仔细阅读仪器九“旋光仪” ，了解旋光仪的构造，原理，掌握使用方法。 2、旋光仪的零点校正 蒸馏水为非旋光物资，可以用来校正旋光仪的零点（即 =0 时仪器对应的刻度） 。校正时，先洗净样品管，将管的一端加上盖子，并由另一端向管内灌满蒸馏水，在上面形成一凸面，然后盖上玻璃片和套盖，玻璃片紧贴于旋光管，此时管内不应该有气泡存在。但必须注意旋紧套盖时，一手握住管上的金属鼓轮，另一手旋套盖，不能用力过猛，以免玻璃片压碎。然后用吸滤
6、纸将管外的水擦干，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦净，放入旋光仪的光路中。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暗度相等为止。记下检偏镜的旋光度 ，重复测量数次，取其平均值。此平均值即为零点，用来校正仪器系统误差。 3、反应过程的旋光度的测定 将恒温水浴和恒温箱都调节到所需的反应温度（如 15、25、30或35） 。 在锥形瓶内。用移液管吸取蔗糖溶液 25ml，注入预先清洁干燥的 50mL 试管内并加盖；同法，用另一支移液管吸取蔗糖溶液 25mL 的 HCl 溶液，置于另一支50mL 试管内加盖。将这两支试管一起置于恒温水浴内恒温 10min 以上，然后将两支试管取
7、出，擦干管外壁的水珠，把盛有 HCl 溶液的那支试管倒入蔗糖溶液中，同时记下反应开始的时间，迅速进行混合，使之均匀后，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，旋上套盖，放进已预先恒温的旋光仪内，测量各时间的旋光度。第一个数据，要求在离反应起始时间12min 内进行测定。在反应开始 15min 内，每 5 分钟测量一次，共测 8 个数据。4、 的测量 反应完毕后，将旋光管内反应液与试管内剩余的反应混合液合并，置于50的水浴内温热 40min，使其加速反应至完全。然后取出，冷至实验温度下测定旋光度，等大概 12min，等旋光度变化很小时，记下此时的旋光度，即为 值。 四、实验数据及
8、处理：1、蔗糖转化反应旋光度的测定结果序号 t /min t(o) ( o) t- (o) ln( t- )1 0 11.600 -3.985 15.585 2.7462 5 10.230 -3.985 14.215 2.6543 10 9.170 -3.985 13.155 2.5774 15 8.190 -3.985 12.175 2.4995 20 7.275 -3.985 11.260 2.4216 25 6.400 -3.985 10.385 2.3407 30 5.515 -3.985 9.500 2.2518 35 4.640 -3.985 8.625 2.1552、 t-t 曲
9、线图3、ln( t- )-t 图由计算机作图线性拟合可得斜率为-0.01653，即测得反应速率常数 k=0.01653则反应半衰期 t1/2 =ln2/k= 0.693/k= 41.92min五、提问思考1、在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，用蒸馏水来校正旋光仪的零点，试问在蔗糖转化反应过程中所测定的旋光度 t 是否必须要进行零点校正？答：不需要零点校正。因为数据处理要求 ln( 0- )对 t 作图，若 t 和 对零点都有一个偏差， t- 可以抵消。2、配制蔗糖溶液和盐酸溶液时，是将盐酸加到蔗糖溶液里去，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去？为什么？答：不能。本反应中氢离子为催化剂，如果将蔗糖溶液加到盐酸溶液中，在瞬间体系中氢离子浓度较高，导致反应速率过快，不利于测定。
