实验三----旋光法测定蔗糖水解速率常数

盐酸溶液 等体积混合，用旋光仪测定旋光度随时间的变化关系，然后推算蔗糖的水解程度。因为蔗糖具有右旋光性，比旋光度为

=66.37o ，而水解产生的葡萄糖为右旋性物质，其

比旋光度为 =52.7o ；果糖为左旋光性物质，其比旋光度为 = -92o ，由于果糖的左旋性比较大，故反应进行时，右旋数值逐渐减小，最后变成左旋，因此蔗糖水解作用又称为转化作用。用旋光仪器测得旋光度的大小与溶液中被测物质的旋光性、溶剂性质与光源波长、光源经过的的厚度、测定时温度等因素有关。当这些条件固定时，旋光度α与被测溶液的浓度a 呈直线关系，所以

α0=A 反a （t =0蔗糖未转化时的旋光

度） （3.6）

α∞=A 生a （t =∞蔗糖全部转化时的旋

光度） （3.7）

αt =A 生(a-x )+ A 生x {t = t 蔗糖浓度为

(a-x )时的旋光度} （3.8）

式中，A 反、A 生为反应物与生成物的比例常

数，a 为反应物起始浓度也是水解结束生成物的20][D α20

][D α20][D

α

浓度，x 为t 时生成物的浓度。

由（3.6），（3.7），（3.8）式得： （3.9）

将式（3.9）代入（3.3），则得： （3.10）

将

式（ 3.10）整理得： (3.11)

以lg(αt -α∞)对t 作图，由直线斜率求出速率常数k 。

如果测出不同温度时的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、仪器与药品

旋光仪及其附件1套，叉形反应管2只，恒温槽及其附件1套，停表1只，容量瓶（100mL ）1个，（25mL ）3只。移液管（25mL ，胖肚）1根，移液管（25mL ，刻度）1根，烧杯（50mL ）1只，洗瓶1只，洗耳球1个。蔗糖（分析纯），盐酸1.8mol .L -1。

四、实验步骤

1.仪器装置

∞

∞--=-ααααt x a a 0∞∞--=ααααt t k 0

ln 1)ln()ln(0∞∞-+-=-ααααkt t 2

ln RT E dT k d a =

请仔细了解旋光仪的构造和原理，掌握使用方法。

2.旋光仪的零点校正

蒸馏水为非旋光物质，可以用来校正旋光仪的零点（即a=0时仪器对应的刻度）。校正时，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，在上面形成一凸面，然后盖上玻璃片和套盖，玻璃片紧贴于旋光管，此时管内不应有气泡存在。必须注意套盖时，一只手握住管上的金属鼓轮，另一只手旋套盖，不能用力太猛，以免压碎玻璃片。然后用吸滤纸将管外的水擦干，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。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暗度相等为止。记下检偏镜的旋光度α，再重复测量数次，取其平均值。此平均值即为零点，用来校正仪器系统误差。

3.反应过程的旋光度测定

洗净、烘干4支具塞大试管备用。

将恒温槽调节到所需的反应温度（如25℃、30℃或35℃）。在锥形瓶内，称取20g蔗糖，加入100mL蒸馏水，使蔗糖完全溶解，若溶液混

浊，则需过滤。用移液管吸取20%蔗糖溶液25mL，放入预先已清洁干燥的50mL试管内并加盖。同法，用另一支移液管吸取25mL4mol.L-1HCl溶液，放入另一支50mL试管内并加盖。将两支试管一起置于恒温槽恒温大约10min。然后将两试管取出，擦干试管外壁的水珠，将HCl溶液倒入蔗糖溶液中，同时记下时间，来回倒三、四次，使之均匀后，立即用少量反应液荡洗旋光管2~3次后，装满旋光管，旋上套盖，不得留有气泡，放进恒温槽中恒温（注意：荡洗和装样只能用去一半左右的反应液）。要求在反应开始后2~3min内测定第一个数据（约在5o左右）。在以后的15min内，每间隔1min测量一次。随后由于反应物浓度降低而使反应速率变慢，此时可将每次测量的时间间隔适当放宽，一直测量到反应时间为50min为止（因为旋光度随时间而改变，温度在观察过程中亦在变化，所以测定时要力求动作迅速熟练）。在此期间，将剩余的另一半反应液置于50~60℃的水浴内温热待用。

4.α∞的测量

将已在50~60℃水浴内温热40min的反应

液取出，冷至实验温度下测定旋光度。在10~15min内读取5~7个数据，如在测量误差范围内，取其平均值，即为α∞。

5.将恒温水浴的温度调高5℃，按上述步骤3和4再测量一套数据。

五、实验注意事项

1. 蔗糖在配制溶液前，需先经380K烘干。

2. 在进行蔗糖水解速率测定前，要熟练掌握

旋光仪的使用，能正确而迅速地读出其读数。

3. 旋光管管盖只要旋至不漏水即可，过紧的

旋钮会造成损坏，或因玻璃片受力产生应力而致使有一定的假旋光。

4. 旋光仪中的钠灯不宜长时间开启，测量间

隔较长时，应熄灯，以免损坏。

5. 反应速率与温度有关，故两溶液需待恒温

至实验温度后才能混合。

6．实验结束后，应洗净旋光管并干燥，防止酸对旋光管的腐蚀。

六、数据记录及处理

表1.蔗糖水解速率常数的测定

l n (αt -α∞)反应时间t/s

l n (αt -α∞)

反应时间t/s

零点校正α水=-0.20o

由图中可知：反应温度为303.2K时，速率常数k1=6.4255×10-4s-1

反应温度为298.9K时，速率常数k2=4.9336×10-4s-1

由阿仑尼乌斯公式：lnk2/k1= -E a/R (1/T2-1/T1)，计算此温度区间的活化能E a。

ln6.4255/4.9336= -E a /8.314(1/303.2-1/298.9)

E a=46.3kJ∙mo l-1。

七、思考题

1、实验中用蒸馏水来校正旋光仪的零点，试

问在蔗糖水解反应过程中所测定的旋光度是否必须要进行零点校正？

答：因为结果计算无须用到绝对量，只要

知道（αt-α∞）的相对量就可以了，所以不强求要进

行零点校正。