姓名: 肖池池序号: 31 周次: 第八周指导老师: 张老师
蔗糖水解反应速率常数的测定
一、实验目
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k、半衰期t1/2和活化能E a。

3. 了解旋光仪的简单结构原理和测定旋光物质旋光度的原理，正确掌握旋光仪的使用方法。

二、基本原理
蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为:
C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
(蔗糖) (葡萄糖) (果糖)
它是一个二级反应,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。

由于反应时水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应,仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的,而且H+作为催化剂,其浓度也保持不变.因此蔗糖水解反应可近似为一级反应。

一级反应的速率方程可由下式表示:
c为时间t时的反应物浓度,k为反应速率常数。

积分可得:
c0为反应开始时反应物浓度。

从上式不难看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以ln c对t作图,可得一直线,由直线斜率即可得反应速率常数k o然而反应是在不断进行的,要快速分析出反应物的浓度是困难的.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。

旋光度错误！未找到引用源。

与反应物浓度c呈线性关系,即:
错误！未找到引用源。

式中比例常数A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来度量,比旋光度用下式表示:
式错误！未找到引用源。

中右上角的“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),错误！未找到引用源。

为测得的旋光度,L为样品管长度(dm),C为试样浓度(g/mL)。

设体系最初的旋光度为: 错误！未找到引用源。

(t=0,蔗糖尚未转化)
体系最终的旋光度为: 错误！未找到引用源。

(t=∞,蔗糖已完全转化)
当时间为t时,蔗糖浓度为c,此时旋光度为错误！未找到引用源。

,即：
错误！未找到引用源。

由以上几式得错误！未找到引用源。

以错误！未找到引用源。

对t作图可得一直线,从直线斜率即可求得反应速率常数k。

如果测出两个不同温度时的k值，利用Arrhenius公式求出反应在该温度范围内的平均活化能。

三、仪器与试剂
1. 仪器：WZZ-2B型自动旋光仪1台；旋光管（20cm）1支；超级恒温水浴1套；叉形反应管2支；移液管(25mL)2支；容量瓶（50mL)1个；秒表1块
2. 试剂：蔗糖(分析纯)；HCl溶液(分析纯) (2.0 mol/L)
四、实验步骤
1. 调恒温水浴至所需的反应温度25o C。

2. 开启旋光仪,打开光源开关,钠灯亮,经15分钟预热后使之发光稳定。

3. 打开光源开关，若光源开关扳上后，钠光灯熄灭,则将光源开关重复拔动1～2次,使钠灯在直流下点亮为正常。

4. 按测量开关,仪器进入待测状态。

将装有蒸馏水或空白溶液的旋光管放入样品室,盖好箱盖,待显示读数稳定后,按清零钮完成校零。

旋光管中若有气泡,应使气泡浮于凸颈处;通光面两端若有雾状水滴,可用滤纸轻轻揩干。

旋光管端盖不宜旋得过紧,以免产生应力,影响读数。

旋光管安放时应注意标记的位置和方向,以保证每次测量时一致。

5. 错误！未找到引用源。

的测定
用移液管分别移取20%的蔗糖溶液25mL和 25mL 2mol/LHCI溶液放入叉形管直管和侧管，将叉形管置于恒温槽中恒温。

待溶液恒温后（不能少于10分钟），将已恒温的盐酸溶液，倒入蔗糖溶液中，立刻开始计时，作为反应的起点。

将溶液摇匀后，迅速用少量混合液清洗旋光管二次，然后将此混合液注满旋光管，盖好盖子（检查是否漏液和形成气泡），擦净旋光管两端玻璃片，立即置于旋光仪中，测定不同时间的旋光度。

第一个数据要求在反应开始后2-3分钟内测定。

开始20分钟内，每两分钟读数一次，以后每五分钟读一次。

直至旋光度为负值为止。

6．错误！未找到引用源。

的测定
为了得到反应终了时的旋光度错误！未找到引用源。

，将步骤5叉形管中的剩余混合液转入50 mL容量瓶，置于50～60℃的水浴锅中恒温60分钟，使水解完全。

然后冷却至实验温度，再按上述操作，将此混合液装入旋光管，测其旋光度，此值即可认为是错误！未找到引用源。

7. 调恒温水浴温度至35℃,重复上列步骤5～6,测量另一温度下的反应数据。

8. 实验结束后应立即将旋光管洗净擦干。

依次关闭测量、光源、电源开关。

五、数据记录与处理
1.实验温度：___25__℃；HCI 浓度：___
2.0__ mol/L ；错误！未找到引用源。

__-
3.544__
反应时间αtαt-α∞lg(αt-α∞)
5 12.43
6 15.980 2.771 10 10.988 14.532 2.676 15 9.472 13.016 2.566 20 8.096 11.640 2.454 25 6.882 10.426 2.344 30 5.782 9.326 2.233 35 4.786 8.330 2.120 40 3.856 7.400 2.001 45 3.030 6.574 1.883 50 2.230 5.774 1.753 55 1.574 5.118 1.633 60
1.030 4.574 1.520
1.5
1.8
2.1
2.4
2.7
3.0
l g (αt -αo o )
t/min
由图可得到错误！未找到引用源。

半衰期错误！未找到引用源。

2.实验温度：___35__℃； HCI 浓度：___2.0__ mol/L ； 错误！未找到引用源。

__-3.75__
反应时间
t /min α αt -α∞ ln(αt -α∞) 1.67 13.016 16.77 2.820 4.67 11.52 15.274 2.726 7.50 10.064 13.818 2.626 10.50 8.47 12.224 2.503 13.50 7.208 10.962 2.394 16.50 5.982 9.736 2.276 19.50 4.876 8.63 2.155 24.50 3.264 7.018 1.948 29.50
1.846
5.6
1.723
34.50 0.798 4.552 1.516 39.75
-0.096 3.658 1.297
l g (αt -αo o )
t /min
由图可得到错误！未找到引用源。

半衰期错误！未找到引用源。

3.计算活化能 由公式
得
六、 注意事项
1. 蔗糖在配制溶液前，先要经380K 烘干。

2.旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时，应熄灭，以免损坏。

3. 实验结束时，应将旋光管洗净干燥，防止酸对其腐蚀。

4. 温度对反应速度影响较大，所以整个过程应保持恒温。

用水浴加热反应液测错误！未找到引用源。

时，温度不宜过高，以免产生副反应，溶液变黄，加热过程应同时避免溶液蒸发使糖的浓度改变，从而影响错误！未找到引用源。

的测定。

5. 由于反应初始阶段速率较快，旋光度变化大，一定要注意时间的准确性。

6. 根据反应温度，可适当增加HCI 的浓度，以缩短反应时间。

七、思考题
1. 蔗糖的转化速率常数k和哪些因素有关？
速度常数k与溶液酸的浓度有关，所以酸的浓度必须精确，以保证反应体系中H+浓度与实验要求的相一致；温度对速度常数k与温度也有关，在测定时，每测完一次，将旋光管置于恒温槽水浴中恒温，待下次测量时拿出。

2. 在测量蔗糖转化速率常数时，选用长的旋光管好？还是短的旋光管好？
答:选用长的旋光管好，因为旋光管越长旋光度越大，相对而言误差就越小。

3. 实验中,我们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的旋光度错误！未找到引用源。

是否必须要进行零点校正？
答：可以不校正，因为本实验在数据处理中用的是两个旋光度的差值。

4. 配置蔗糖溶液时称量不够准确,对测量结果是否有影响？
答：蔗糖的浓度不影响错误！未找到引用源。

的斜率，因而蔗糖浓度不准对k的测量无影响。