旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验报告

H +

杭州师范大学学生实验报告

实验名称 最大泡压法测定溶液的表面张力

一、实验目的

1.掌握旋光仪的正确使用方法，了解反应物浓度与旋光度之间的关系。

2.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。

二、实验原理

蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应式为：

C12H22O11+H2O C 6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖

这是一个二级反应，但在H+浓度和水量保持不变时，反应可视为一级反应，速率方程式可表示为：

积分后可得：

由此可知：在不同时间测定反应物的相对浓度，并以㏑c 对t 作图，可得一直线，由直线斜率即可求得反应速率常数 k 。

本实验中的反应物及产物均有旋光性，且旋光能力不同，在溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等条件均固定时，旋光度与反应物浓度呈线性关系，即：

反应时间 t=0，蔗糖尚未转化：

反应时间为 t ，蔗糖部分转化：

反应时间 t=∞，蔗糖全部转化：

联立上述三式并代入积分式可得：

对ｔ作图可得一直线，从直线斜率可得反应速率常数ｋ。

kc dt

dc =-kt c c

-=0

ln c

βα=00c

反βα=）（生反c t -+=0c c β

β

α0c 生βα=∞)ln()ln(0∞∞-+-=-ααααkt t )ln(t ∞α-α以

三、实验仪器及试剂

圆盘旋光仪 1 台 恒温水浴 2 台

具塞大试管（50mL ）2 支 移液管(25mL) 2 支 烧杯（250ml ） 1 个 量筒（100ml ）1 个 秒表 1 个 洗耳球1个 HCl 溶液( ) 蔗糖(分析纯) 蒸馏水

四、实验步骤 1、恒温准备

将恒温水浴调至30℃，并令循环水经由旋光仪中玻璃恒温夹套样品管。

2、旋光仪调零

①先洗净样品管，将管的一端加上盖子，并由另一端向管内灌满蒸馏水，

在上面形成一凸液面。 ②盖上玻璃片和套盖，玻璃片紧贴于旋光管，此时管内不应有气泡存在。（装样）

③用吸水纸将管外的水擦干，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦净，放入旋光仪的光路中。

④打开光源，调节目镜聚焦，使视野清晰，再旋转检偏镜至能观察到三分视野（或二分视野）暗度相等为止。

⑤记下检偏镜的旋光度 ，重复测量数次，取其平均值即为零点，用来校正仪器系统误差。当读数圆盘有偏心时，左右两边读数不一致，此时应将左右两边的平均值作为样品的旋光度值。

3、测定

①用天平称取20g 蔗糖（分析纯）置于烧杯中，加入100mL 蒸馏水，使蔗

糖完全溶解。

②用移液管分别移取25mL 的蔗糖溶液和25mlHCl 溶液于两支50mL 具塞大试管中，加盖，置于恒温水浴约10min 。

③将HCl 溶液倒入蔗糖溶液中，当HCl 溶液和蔗糖溶液混合一半时用秒表开始计时 ，来回倒3—4次使之均匀后，立即用少量反应液润洗样品管两次。 ④用反应液装满样品管，旋上套盖以不漏水为准，擦干管外液体，放进已预先恒温的旋光仪中，测量各时间的旋光度。 （润洗和装样只能用去一半左右的反应液，剩余的用做测量 ） 注：测量 时，要求在反应开始后2-3min 内测定一次数据，在以后的15min 内，每隔一分钟测一次，随后可适当放宽时间间隔，记录数据。

12-∙L mol t

αt α

4、测定 将剩余的反应液置于50—60℃ 恒温水浴约40min ，之后冷却至反应温度，测量 ，直到数据稳定不变

注意： 测量 时，可将剩余的反应液置于50—60℃恒温，但温度不可超过60℃，否则会发生副反应，此时溶液变黄。

实验过程中，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，以免灯管过热。

五、数据处理

a 与t 图：30℃: 零点值：-0.05 30℃:

∞

α∞α∞α

-4-20246

8

10Y o p t i c a l r o t a t i o n a

X time(s)

10

20

30

40

50

60

-4-20246

8

10Y o p t i o n a l r o t a t i o n a

X time(s)

Ln(a-a++)与t 图: 30℃：

1.7

1.81.9

2.02.12.2

2.32.42.5Y A x i s T i t l e

X Axis Title

Y=2.6978+-0.02286x 所以k=0.02286 半衰期t 1/2=ln2/k=30.3min

35℃:

1.0

1.21.41.61.8

2.0

2.22.4Y l n (a -a ++)

X time(s)

Y= 2.74005+ -0.04191x 所以k=0.04191 半衰期t 1/2=ln2/k=16.54min

六、问题讨论

1、实验中，为什么蔗糖溶液可以粗略配制？

答：初始浓度对于数据影响不大。速率常数 K 与温度和催化剂的浓度有关，实验 测定反应速率常数 k ，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 ，与初始浓度无关。

2、实验中，用蒸馏水来校正旋光仪的零点，有何意义？

答：蒸馏水无旋光性，消除旋光仪的系统误差。

七、实验小结

通过此次实验我掌握了旋光仪的使用方法，了解了反应物浓度与旋光度之间的关系，并测定了蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。