蔗糖的转化实验报告详
蔗糖的转化
1319班 张柳君 201340176
【实验目的】
1. 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。
2. 了解旋光仪的构造、工作原理，掌握旋光仪的使用方法。 【实验原理】
蔗糖转化反应为： C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
蔗糖 葡萄糖 果糖
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。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
dC
kC (1) dt
式中，k为反应速率常数；C为时间t时的反应物浓度。
将(1)式积分得： lnCktlnC0 (2) 式中，C0为反应物的初始浓度。
当C=1/2C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得：
t1/2
ln20.693
kk
(3)
蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。
为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示：
tD
lC
(4)
式中，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)。
由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度α与浓度C成正比。即：
α＝KC (5)
式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。
在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α]20D =66.6°。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[α]20D=52.5°；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度[α]20D=-91.9°。因此，随着水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为0，t，∞时溶液的旋光度分别用α0，αt，α∞表示。则：
α0＝K反C0 (表示蔗糖未转化) (6) α∞＝K生C0 (表示蔗糖已完全转化) (7)
式(6)、(7)中的K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。
αt ＝K反C ＋K生（C0－C） (8)
由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得：
C0
0
K反K生
K0 (9)
C
t
K反K生
Kt (10)
将(9)、(10)两式代入(2)式即得：
lntktln0 (11)
由(11)式可见，以ln(αt－α∞)对t作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反应速率常数k。进而可求得半衰期t1/2。
根据阿累尼乌斯公式ln【仪器试剂】
旋光仪1台；恒温旋光管1只；恒温槽1套；台称1台；停表1块；烧杯(100mL)1个；移液管(30mL)2只；带塞三角瓶(100mL)2只。
k2Ea(T2T1)
，可求出蔗糖转化反应的活化能Ea。 k1RT1T2
HCl溶液(4或2mol·dm-3)；蔗糖(分析纯)。 【实验步骤】
1. 旋光仪零点的校正
洗净恒温旋光管，将管子一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，把玻璃片盖好，使管内无气泡（或小气泡）存在。再旋紧套盖，勿使漏水。用吸水纸擦净旋光管，再用擦镜纸将管两端的玻璃片擦净。放入旋光仪中盖上槽盖，打开光源，调节目镜使视野清晰，然后旋转检偏镜至观察到的三分视野最暗且暗度相等为止，记下检偏镜之旋转角α，重复操作三次，取其平均值，即为旋光仪的零点。
2. 蔗糖水解过程中αt的测定
用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中。移取30mL2mol·dm-3HCl溶液于另一100mL带塞三角瓶中。取出两只三角瓶，将HCl迅速倒入蔗糖中，来回倒三次，使之充分混合。并且在加入HCl时开始记时，将混合液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同)。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。测量不同时间t时溶液的旋光度αt。测定时要迅速准确，当将三分视野暗度调节相同后，先记下时间，再读取旋光度。每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每2min读一次，30min后，每5min读一次。测定1h。
3. αt的测定：将步骤3剩余的混合液置于近55℃的水浴中，恒温30min以加速反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测定其旋光度，此值即为αt。
【注意事项】
装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。
在测定α∞时，通过加热使反应速度加快转化完全。但加热温度不要超过55℃，加热过程要防止溶剂挥发，溶液浓度变化。
由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管洗净。
旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时应关闭几min，下一次测量前5min开启使光源稳定，以免损坏。 【数据处理】
1. 将实验数据记录于下表：
1、列出t-αt 表，并作出相应t-αt 图
t
at
α∞ -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826 -3.826
α
t -
α∞
Ln（α
-
t
7 8 9 10 11 12 14 16 18 20 22 27 32 37
7.432 6.808 6.206 5.624 5.09 4.608 3.72 2.936 2.224 1.604 1.108 -0.16 -1.01 -1.762 11.258 10.634 10.032 9.45 8.916 8.434 7.546 6.762 6.05 5.43 4.934 3.666 2.816 2.064
α∞） 2.421 2.364 2.306 2.246 2.188 2.132 2.021 1.911 1.800 1.692 1.596 1.299 1.035 0.725
2. 以ln(αt－α∞)对t作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k。
由图知：直线斜率为0.0562，所以k=0.129
3. 计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2。
t1/2=0.693/0.129=5.37
【实验讨论】
1. 测定旋光度有以下几种用途：（1）鉴定物质的纯度；（2）决定物质在溶液中的浓度或含量；（3）测定溶液的密度；（4）光学异构体的鉴别等。
2. 古根哈姆（Guggenheim）曾经推出了不需测定反应终了浓度（本实验中即为α∞）就能够计算一级反应速率常数k的方法，他的出发点是因为一级反应在时间t与t－Δt时反应的浓度c及c’可分别表示为：
c＝c0e－kt
c0为起始浓度；
c’ =c0e-k（t+Δt）
由此得ln（c－c’）= － kt＋ln[c0－（1－ e-kt）]，因此如果能在一定的时间间隔Δt测得一系列数据，则因为Δt为定值，所以ln（c－c’）对t作图，即可由直线的斜率求出k。 【实验成败的关键】
1 速率常数k与H+浓度有关，所以酸的浓度必须精确。
2 温度对K的影响不能忽视，为此实验过程应尽可能保持恒温。
3 蔗糖溶液的浓度可粗略配制，因为蔗糖溶液的浓度不影响速率常数，且我
们是测旋光度来测量速率常数。 【思考题】
1、实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点？在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度是否需要零点校正？为什么？
答：(1)因为水是非旋光性物质，其旋光度为0。 (2)不需要。因为作
图时，
不作零点校正，对计算反应速度常数无任何影响。
2、蔗糖溶液为什么可粗略配制？
已将零点抵消掉了，因此
答：因该反应为(准)一级反应，只需作
图，根据斜率便可求其反应速率常数k，并且该反应的半衰期与起始浓度无关，故蔗糖溶液可粗略配制。
3、蔗糖的转化速率常数k与哪些因素有关？ 答：温度，催化剂种类、浓度。
4、试分析本实验误差来源？怎样减少实验误差？ 答：（1）光源波长，须恒定。
（2）温度，应等温度恒定后在开始实验测量。
（3）操作误差，为减少误差，玻璃片应擦净，旋光管中不能有气泡，两次测量之间务必将旋光管洗净并润洗。