蔗糖水解反应实验报告

浙江万里学院生物与环境学院

化学工程实验技术实验报告实验名称：蔗糖水解反应速率常数的测定

实验预习(30分)

(1) 实验目的

1 •根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应率度常数 2•了解自动旋光仪的基本原理、掌握使用方法。

(2) 实验原理

蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为：

C 12H2Q 1 + H 2O a C 6H12C 6 +C6H2Q

葡萄糖 果糖

为使水解反应加速，反应常常以 HO 为催化剂，故在酸性介质中进行。水解 反应中，水是大量的，反应达终点时，虽有部分水分子参加反应，但与溶质浓度 相比可认为它的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，其动力学方程式为：

de kc

dt

(1)

(2)

当c

2c

0时，t 可用切2平表示，即为反应的半衰期

上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速度常数 k ，而与起始浓度无关，这是 一级反应的一个特点。

蔗糖及其水解产物均为旋光物质，当反应进行时，如以一束偏振光通过溶液， 则可观察到偏振面的转移。蔗糖是右旋的，水解的混合物中有左旋的，所以偏振 面将由右边旋向左边。偏振面的转移角度称之为旋光度，以

表示。因此可利用

体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含 旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源的波长以及反应时的温度等因素有关。

为了比较各种物质的旋光能力。引入比旋光度 []

这一概念，并以下式表

示:

蔗糖 式中：c 0为反应开始时蔗糖的浓度; c 为时间t 时蔗糖的浓度

[D ]=r^ (3)

式中：t 为实验时的温度；D 为所用光源的波长； 为旋光度；I 为液层厚度 （常以10cm 为单位）；

（3）式可写成：

c 为浓度（常用100 mL 溶液中溶有m 克物质来表示）, t

a [a] D

l m 100

（ 4）

或

a [a]D l c

由（5）式可以看出，当其他条件不变时，旋光度 即

a K 'c

式中：K '是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反 应时的温度等有关的常数。

20 0

蔗糖是右旋性物质（比旋光度[a]

D 66.6 ），产物中葡萄糖也是右旋性物

20 0 20 0

质（比旋光度[a]

D 52.5 ），果糖是左旋性物质（比旋光度

[a]D 91

.9） 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。

因为上述蔗糖水解反应中，反应物与生成物都具有旋光性。旋光度与浓度成 正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和（加和性）。若反应时间为 0、t 、 时溶液的旋光度为

a 0

、a

t 、a 则由（6）式即可导出：

C o K （a ° a ） （7） c K （a t a ）

（ 8）

将（7）、（ 7）式代入（2）式中可得：

将上式改写成:

由（10）式可以看出，如以 lg （a

。a

）对t 作图可得一直线，由直线

的斜率即可求得反应速度常数 k 。

本实验就是用旋光仪测定 a

t 、a

值，通过作图由截距可得到

a

。。

（5）

a 与反应物浓度成正

比,

2.303 a 0 a lg -

a t a

(9)

lg(a °

k 2.303

t lg(a ° a )

(10)

(3)简述实验所需测定参数及其测定方法：

取浓盐酸于烧杯中，加入少量蒸馏水混合，转移到50ml容量瓶，定容至50ml, 摇匀静置。取10g于烧杯中，加入少量蒸馏水混合，转移到50ml容量瓶，定容至

50ml，摇匀静置。分别将2溶液倒入烧杯中，将盐酸溶液倒到蔗糖溶液中，

溶液倒入一半时开始计时，然后分别测反应5min、10min、15min、20min、

30min、

50min时的旋光度值。

将剩下的溶液放入60°C左右的水浴中温热30min，以加速水解反应，然后冷却至实验温度。测得旋光度值为a®

(4)实验操作要点：

1、装上溶液后的样品管内不能有气泡产生，样品管要密封好，不要发生漏液现象；

2、样品管洗涤及装液时要保管好玻璃片和橡皮垫圈，防止摔碎或丢失；

3、配制蔗糖溶液时要注意使蔗糖固体全部溶解，并充分混均溶液；

4、测定a®时，要注意被测样品在50~60C条件恒温50min后(但不能超过60C，否则有副反应发生)，移到超级恒温器中再恒温20min；

5、必须对旋光仪调零校正，若调不到零，需要进行数据校正。

二、实验操作及原始数据表(20分)

1•将实验数据记录于下表：

温度：13C ;盐酸浓度：2mol •L-1； a®:

反应时间at a t —a® ln( a t —a® )

2.9

L 卜r J

仕

T7

辭=03183

• 5min 10 min 15 min 20 min 30 min 50 min

三、 数据处理结果(30分)

1. 以ln( a t — aS )对t 作图，由所得直线的斜率求出反应速率常 数k 。

2. 计算蔗糖转化反应的半衰期t 1/2。

3. 由两个温度测得的k 值计算反应的活化能。

In( CL t

2 75

2.65

W

2.7

2-65 J Z.6 a g)-反应时间T/min

10 20

30

40

50

反应时间T/min

al+Jg =