蔗糖水解反应速率常数的测定

宁 波 工 程 学 院

物理化学实验报告

专业班级 化工112 姓名 姚志杰 序号 [1**********] 同组姓名 田飞成、金鹏 指导老师 付志强、姚利辉 实验日期 2013、5、13

实验名称 实验八 蔗糖水解反应速率常数的测定

一、 实验目的

1．了解蔗糖水解反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。 2．测定蔗糖水解反应的速率常数和半衰期。

3．了解旋光仪的基本原理，并掌握其正确的操作技术。

二、 实验原理

反应速率只与某反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应，速率方

程可由下式表示：

—

dcdt

kc

式中c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。 积分可得： lnc=－kt + lnc0 c0为反应开始时反应物浓度。

当c= c0/2时，对应t可用t1/2表示，称为反应的半衰期，即反应物浓度反应掉一半所用时间，得一级反应的半衰期为： t1/2=

蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：

C12H22O11 + H2OHC6H12O6 + C6H12O6

(蔗糖) (葡萄糖) (果糖)

它属于二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水大量存在，尽管有部分水分子参与反应，仍可近似地认为整



In2k



0.693k

个反应过程中水的浓度是恒定的，而且H+是催化剂,其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反应可看作为一级反应。

蔗糖及其转化产物，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进程。

测量物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力，溶剂性质，溶液浓度，样品管长度及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系，即

α=Kc

式中比例常数K与物质旋光能力，溶剂性质，样品管长度，温度等有关。 物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：

20

D



100

lcA

式中“20”表示实验时温度为20℃，D是指用纳灯光源D线的波长（即589毫微米），α为测得的旋光度，l为样品管长度（dm），cA为浓度（g/100mL）。

作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度D=66.6°；生成物中葡萄

20

糖也是右旋性物质，其比旋光度D=52.5°，但果糖是左旋性物质，其比旋光

20

度D=－91.9°。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

20

呈左旋性质。因此随着反应的进行，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α∞。

设最初系统的旋光度为 α0=K反cA,0 （t=0，蔗糖尚未水解）

（1）

最终系统的旋光度为 α∞=K生cA,0 （t=∞，蔗糖已完全水解）

（2）

当时间为t时，蔗糖浓度为cA，此时旋光度为αt

αt= K反cA+ K生(cA,0－cA)

(3）

联立（1）、（2）、(3)式可得：

cA,0=

(4)

0

K反K生

=K′（α0－α∞）

cA=

(5)

tK反K生

= K′（αt－α∞）

将（4）、（5）两式代入速率方程即得：

ln(αt－α∞)=－kt+ln（α0－α∞）

我们以ln(αt－α∞)对t作图可得一直线，从直线的斜率可求得反应速率常数k，进一步也可求算出t1/2。

三、 实验仪器、试剂

仪器：旋光仪，停表，恒温水浴一套，移液管（50mL），磨口锥形瓶（100mL），烧杯（100mL），台秤，洗耳球。

试剂：蔗糖（AR），盐酸 （3mol/L，AR）

四、 实验步骤

（一）旋光仪的校正

1.了解旋光仪的构造、原理，掌握其使用方法（见附录）。

2.开启水浴恒温水槽的电源开关，并将水浴恒温槽的温度控制在60℃。 3.蒸馏水为非旋光性物质，可用来校正仪器的零点（即α=0时，仪器对应的刻度）。洗净样品管，将样品管一端盖子打开，转入去离子水，然后盖上玻璃片，此时管内不应有空气泡存在，再旋上套盖，使玻璃片紧贴旋光管，勿使漏水。但必须注意旋紧套盖时，不能用力过猛，以免压碎玻璃片，用滤纸擦干样品管，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦干净。放入旋光仪，打开电源，预热5-10min，钠灯发光正常。调目镜聚焦，使视野清晰；调检偏镜至三分视野暗度相等为止，记录游标（右边）刻度为检偏镜旋角，记录仪器零点。读数注意0度以下的实际旋光度（读数-180）。读数三次取平均值，即为零点，用来校正仪器的系统误差。 （二）测定

1、 配制蔗糖溶液：用天平称取10克蔗糖放入烧杯中，加蒸馏水溶解后转移到50ml容量瓶中，稀释至刻度。

2、用50ml移液管移取50mlHCL溶液放入蔗糖水溶液，边放边振荡，当HCL溶液放出一半时按下秒表开始计时（注意：秒表一经启动，勿停直至实验完毕）。迅速用反应混合液将样品管洗涤三次后，将反应混合液装满样品管，擦净后放入旋光仪，测定规定时间的旋光度。测得第一个数据时间应该为反应开始的前三分

钟内。测量时先将三分视场调节到全暗，再记录时间（注意时间要记录准确，以实际反应时间为准），后读数。分别记录5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min的旋光度。

3、α∞的测量：测定过程中，可将剩余的反应混合物放入60℃恒温槽中加热30min，使反应充分后，冷却至室温后测定体系的旋光度，连续读数三次平均值。

由于反应液的酸度很大，因此样品管一定要擦干净后才能放入旋光仪内，以免酸液腐蚀旋光仪，实验结束后必须洗净样品管。

五、 实验记录与处理

实验温度： 27.6℃ HCl浓度： 3mol/L 

以

ln(t)

对t作图，并由直线斜率求速率常数k1。

由图可知，斜率K=-0.04089，则K1=0.04089min-1=5.385×10-4s-1 T1/2=ln2/K1=1287.2s

六、 结果与讨论

注意事项：1、在放置炫光管上的的玻璃片，将玻璃片沿管口轻轻推上盖好，再旋紧套盖，勿使其漏水或产生气泡。

2、旋光仪使用中，若两次测定中间间隔时间较长，则应切断电源，让灯管休息一会，在下次使用提前10分钟再开启。

3、实验完毕后，用蒸馏水洗净炫光管，并擦干外壁，以防金属部件被腐蚀。 误差分析：实验仪器存在的系统误差，读数是产生的偶然误差。

实验讨论：这次实验比较简单，加上预习工作做得很充分，实验很顺利也很成功，希望再接再励，认真完成下面的实验。