实验十一蔗糖水解反应速率常数的测定实验报告
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:
CHO+HO ? CHO+ CHO(1) 6126 6126 1222112
(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:
dcc0, = kc 积分后得:ln = kt 或 ln c= ,kt + ln c (2) 0t dtct
式中，c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0
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 c对t作图得一直t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α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α与反应物浓度c呈线性关系: α = βc (3) 式中β与物质的旋光能力、溶液厚度、溶剂性质、光源波长、反应温度等有关系的常数。物质的旋光能力用比旋光度【α】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 :
0? 0?0?222【α】= 66.65?，【α】= 52.5?，【α】 = ,91.9?(4)正值右蔗葡果DDD
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α，α，0 tα分别为反应时间0，t，?时溶液的旋光度，则可到处: c? (α,α)，?0 ?0
c ? (α ,α) (5) t?t
上式中ln(α ,α)对t作图，所得直线的斜率即可求得反应速度常数k。 ?t
ln 20.693一级反应式的半衰期则用下式求取: t = = 1/2kk
三( 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/L HCl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。
3.蔗糖水解过程中αt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10~15mi，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.α?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60~70?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α ?
五. 数据记录与处理
蔗糖浓度: 200g/L 盐酸浓度: 2mol/L t/min 5 10 15 20 25 30 35 40 45 ?
α 11.1010.008.895 7.825 6.705 5.788 5.110 4.420 3.856 -4.39t
5 5 0
α-α 15.4914.3913.2812.2111.0910.179.500 8.810 8.246 t?
5 5 5 5 5 8
ln(α-α2.741 2.667 2.587 2.503 2.406 2.320 2.251 2.176 2.109 t
) ?
(1)完成上表，用ln(αα)对t作图，由直线斜率求出反应速率常数k—?t
(直线斜率的相反数即为速率常数k)。
ln 20.6930.693(2)计算反应的半衰期t。t = = ==42.77min 1/21/2.kk0.0162
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。
(2)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。
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