蔗糖转化反应动力学
姓名 学号 班级 实验日期
1 实验目的
(1) 测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期。

(2) 学习旋光度测量方法及在化学反应动力学研究中的应用。

2 实验原理
蔗糖溶液在酸性介质中可水解生成葡萄糖和果糖。

反应如下： ()()
果糖葡萄糖612661262112212O H C O H C O H O H C H +→++
水解反应中，水是大量的，虽然有部分水分子参加了反应，但与溶质浓度的改变相比可以认为它的浓度是恒定的，而且氢离子是催化剂，其浓度也保持不变，故反应速率只与蔗糖浓度有关，可视为一级反应，其速率方程为：kc dt
dc
=- 积分上式得：kt c
c =0
ln
反应的半衰期与反应速率常数的关系式为：k
k t 693
.02ln 2
1==
由积分式不难看出：只要测得不同反应时刻对应的反应物浓度，就可以lnc 对c 作图得
到一条直线，由直线斜率求得反应速率常数。

然而，反应是在不断进行，要快速分析出不同时刻反应物的浓度是困难的。

在本实验中，蔗糖及其水解产物都具有旋光性，即能够通过它们的偏振光的偏振面旋转一定的角度(该角度称为旋光度，常以α 符号表示)，来量度其浓度。

蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以随水解反应的进行，反应体系的旋光度会由右旋逐渐转变为左旋，因此可以利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。

当其它条件不变时，旋光度与物质浓度成正比，即AC =α 蔗糖是右旋物质，产物中葡萄糖也是右旋物质，果糖是左旋物质。

因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时，体系将经过零变成左旋。

设0α、t α和 α∞分别表示反应在起始时刻、t 时刻和无限长时体系的旋光度。

反应在相同条件下进行，旋光度与浓度成正比，而且溶液的旋光度为各组成旋光度之和。

由AC =α可导出
)(00∞-=ααK C )(0∞-=ααt K C
由0
ln
c kt c
=可导出 0
ln t kt αααα∞∞-=- 以0ln()αα∞-对时间t 作图可得一条直线，由直线的斜率即可求得反应速率常数。

3 实验操作
（1）配制蔗糖水溶液：10.0g 蔗糖用少量水溶解，定容至50ml 。

（2）配制50ml 的41
-⋅l
mol HCl 溶液。

（3）混合蔗糖与HCl 溶液，同时开始计时，在3min 内测量1α。

之后每隔1~3min 测一次，同时记录相应时间，每次测量完后将测试管于25℃水中恒温。

（4）剩余混合液置于55℃水浴中保温30min ，冷却至25℃后测量∞α。

4 实验结果及讨论
4.1 原始实验数据
实验温度 23.3℃ 盐酸浓度 41
-⋅l mol 旋光管长度 200mm 1α=12.165 ∞α=-4.015
4.2 数据处理
使用origin 作t t -α曲线：
a l p h a t
t (s)
以()∞-ααt ln 对t 作图：
1.4
2.1
2.8
t (s)
由0ln
t kt αααα∞
∞
-=-得， 反应速率常数k=41068127.3-⨯
半衰期 s k
k t 5.1882693
.02ln 2
1===
5 思考题
（1）rad Mlc m 464.005
.034210
2.03421016.12
0=⨯⨯
⨯⨯⨯==-αα
rad
Mlc m 2863.005.034210
22.018010)92.060.1(2-=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+-==-∞αα
（2）本实验通过以()∞-ααt ln 对t 作图求斜率来求出反应速率常数k ，蔗糖初始浓度对于数据影响不大，故蔗糖的量不需要精确到0.1mg 。

（3）不能，因为H+是催化剂，将反应物蔗糖加入到大量HCl 溶液时，+
H 浓度很
大，一旦精品文档，你值得期待
加入则马上会分解产生果糖和葡萄糖，则在开始测量时，已经有大部分蔗糖产生了反应，记录t 时刻对应的旋光度已经不再准确。

影响实验数据准确性，故不可以将蔗糖溶液加入HCl 溶液中。

X。