实验十三 一级反应-旋光法测定蔗糖转化的速率常数
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验报告
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验报告一、实验名称：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数二、实验目的1、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法；2、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；3、测定蔗糖转化反应的速率常数。
三、实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为：C 12H22O11+H20→ C6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖为使水解反应加速，反应常以H3O+ 为催化剂，故在酸性介质中进行水解反应中。
在水大量存在的条件下，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：lnC=-kt+lnC（1）式中：C为反应开始时蔗糖的浓度；C为t时间时的蔗糖的浓度。
当C=0.5C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。
t1/2=ln2/k上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速率常数k，而与起始无关，这是一级反应的一个特点。
本实验利用该反应不同物质蔗比旋光度不同，通过跟踪体系旋光度变化来指示lnC与t的关系。
在蔗糖水解反应中设β1、β2、β3分别为蔗糖、葡萄糖和果糖的旋光度与浓度的比例常数C 12H22O11(蔗糖)+H20→ C6H12O6(葡萄糖)+C6H12O6(果糖)t=0 C0β10 0 α= C0β1t=t Cβ1 (C-C)β2(C-C)β3αt=Cβ1+(C-C)β2+(C-C)β3t=∞ 0β2C0 β2Cα∞=β2C+ β2C由以上三式得：ln(αt -α∞)=-kt+ln(α-α∞)由上式可以看出，以ln(αt -α∞) 对t 作图可得一直线，由直线斜率即可求得反应速度常数k 。
四、实验数据及处理：1. 蔗糖浓度：0.3817 mol/L HCl浓度：2mol/L2. 完成下表：α∞=-1.913表1 蔗糖转化反应旋光度的测定结果五、作()ln t αα∞-~ t 图，求出反应速率常数k 及半衰期t 1/2 求算过程：1020304050607080-0.50.00.51.01.52.0l n (αt -α)t (min)由计算机作图可得斜率=-0.02 既测得反应速率常数k=0.02t 1/2 =ln2/k=34.66min 六、讨论思考：1．在测量蔗糖转化速率常数的，选用长的旋光管好？还是短的旋光管好？ 答：选用较长的旋光管好。
旋光法测定蔗糖转化反应的实验报告
旋光法测定蔗糖转化反应的实验报告篇一：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验报告旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验报告一、实验名称：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数二、实验目的1、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法；2、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；3、测定蔗糖转化反应的速率常数。
三、实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为：C12H22O11+H20→ C6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖为使水解反应加速，反应常以H3O+为催化剂，故在酸性介质中进行水解反应中。
在水大量存在的条件下，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：lnC=-kt+lnC0（1）式中：C0为反应开始时蔗糖的浓度；C为t时间时的蔗糖的浓度。
当C=0.5C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。
t1/2=ln2/k上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速率常数k，而与起始无关，这是一级反应的一个特点。
本实验利用该反应不同物质蔗比旋光度不同，通过跟踪体系旋光度变化来指示lnC与t的关系。
在蔗糖水解反应中设β1、β2、β3分别为蔗糖、葡萄糖和果糖的旋光度与浓度的比例常数C12H22O11(蔗糖)+H20→ C6H12O6 (葡萄糖)+C6H12O6 (果糖)t=0C0β1 0 0 α= C0β1t=t Cβ1 ( C -C0)β2 ( C -C0)β3αt=Cβ1+( C -C0)β2+ ( C -C0)β3 t=∞0β2C0 β2C0 α∞=β2C0+β2C0 由以上三式得：ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)由上式可以看出，以ln(αt-α∞) 对t 作图可得一直线，由直线斜率即可求得反应速度常数k 。
四、实验数据及处理：1. 蔗糖浓度：0.3817 mol/L HCl浓度：2mol/L2. 完成下表：=-1.913表1 蔗糖转化反应旋光度的测定结果五、作lnt_ t图，求出反应速率常数k及半衰期t1/2 求算过程：由计算机作图可得斜率=-0.02 既测得反应速率常数k=0.02t1/2 =ln2/k=34.66min 六、讨论思考：1．在测量蔗糖转化速率常数的，选用长的旋光管好？还是短的旋光管好？答：选用较长的旋光管好。
物理化学实验-旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
旋光仪
4
旋光仪
使用方法
➢开机预热: 接通电源，开启电源开关，预热5分钟，待钠光灯 发光正常才可工作.
➢零点校正: 在旋光管中装满蒸馏水(无气泡)，调节检偏镜，使 三分视野消失，记下角度值，即为仪器零点，用于校正系统误 差.
➢样品的测定: 在旋光管中装入待测试样，调节检偏镜，使三分 视野消失，读取角度值，将其减去(或加上)零点值，即为被测 物质的旋光度.
t为实验温度(℃) D为光源波长 α为旋光度 l为液层厚度(m) C为浓度(kg·m-3)
当其它条件不变时，旋4光度α与浓度C成正比。即：
实验原理
若反应时间为0，t，∞时溶液的旋光度分别用α0，αt，α∞表示。 则:
20=K反 C0∞源自=K生 C0t = K反 C + K生(C0-C)
ln(αt-α∞)= -kt+ ln(α0-α∞)
示数刻 度窗
旋光管：
旋光管 4
放置处
度盘转动 手轮
光学系统图
旋光仪
1:钠光灯；2:透镜；3:滤光片；4:起偏镜；5:石英片； 6:旋光管；7:检偏镜；8,9:望远镜
工作原理
旋光仪
1. 起偏镜, 2. 起偏镜偏振化方向, 3. 旋光管, 4. 检偏镜
偏振化方向, 5. 旋光角, 6. 检偏镜
4
三分视野装置
旋光管中装满溶液后，不应有气泡，不应漏液, 否则会影 响测量结果.
旋光管上螺丝帽盖及橡皮垫圈不宜太紧，否则由于光学 玻璃受力产生一种附加的亦即“假的”偏振作用，给测量造 成误差.
旋光管用后要及时4将溶液倒出，用蒸馏水洗涤干净，擦 干.所有镜片均不能用手直接擦拭，应用擦镜纸擦拭.
实验步骤
1.旋光仪零点的校正 ：
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
一、实验名称：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数 二、实验目的1测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期; 2了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系; 3了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法. 三、实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为 C12H22O11（蔗糖）+ H2OC6H12O6 （葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）为使水解反应加速，反应常常以H+为催化剂。
由于在较稀的蔗糖溶液中，水是大量的，反应达终点时，虽然有部分水分子参加了反应，但与溶质（蔗糖）浓度相比可以认为它的浓度没有改变。
因此，在一定的酸度下，反应速度只与蔗糖的浓度有关，所以该反应可视为一级反应（动力学中称之为准一级反应）。
该反应的速度方程为：－dC/dt = kC其中Ｃ为蔗糖溶液的浓度，k 为蔗糖在该条件下的水解反应速度常数 该反应的半衰期与k 的关系为：t1/2 = ln2/k蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性的物质，蔗糖、葡萄糖为右旋光性物质，旋光度分别为+56.6和+61.6。
而果糖为左旋光性物质，旋光度为-91.9。
实验中，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 。
c βα=00c 反βα=）（生反c t -+=0c c ββα0c 生βα=∞)ln()ln(0∞∞-+-=-ααααkt t )ln(∞-ααt 以四、实验数据及处理：1. 蔗糖浓度：0.2 g/ml HCl 浓度：4mol/L2. 完成下表：α∞=-3.473表1 蔗糖转化反应旋光度的测定结果t /min t αt αα∞-()ln t αα∞- t/min t α t αα∞-()ln t αα∞-19 2.390 5.863 1.769 22 1.555 5.028 1.615 25 0.9214.3941.480 28 0.3463.8191.340 31 -0.145 3.328 1.202 34 -0.5302.943 1.0790 37 -0.895 2.578 0.947 40 -1.240 2.233 0.803 43 -1.519 1.954 0.670 46 -1.782 1.691 0.525 49 -2.004 1.469 0.385 52 -2.221 1.252 0.225 55 -2.406 1.067 0.065 58 -2.578 0.895 -0.111 61 -2.726 0.747 -0.292 64 -2.845 0.628 -0.465 67 -2.962 0.511 -0.671五、作()ln t αα∞-~ t 图，求出反应速率常数k 及半衰期t 1/21、用origin作图203040506070-1.0-0.50.00.51.01.52.0BLinear Fit of Sheet1 BBAEquation y = a + b*xWeight No WeightiResidualSum ofSquares0.03385Pearson's r-0.99812Adj. R-Squa0.99599Value Standard ErrB Intercept 2.74620.03562B Slope-0.04947.83894E-4如下求算过程：由上图知直线斜率为-0.0494，则反应速率常数k=0.0494/min ,则半衰期t1/2=ln2/0.0494=14.03(min)六、讨论思考：1.配制蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果有否影响？答：没有影响，该实验对速率常数的求法为：以ln(αt-α∞)对t作图，所得直线的斜率求出反应速率常数k，由此可知蔗糖溶液的初始浓度对反应速率常数没有影响，所以没有影响。
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验原理：蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：C 12H 22O 11(蔗糖）+H 2O →C 6H 12O 6（葡萄糖)+C 6H 12O 6(果糖）；它是一个二级反应，在纯水中此反应的速度极慢，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+是催化剂，其浓度也保持不变。
因此蔗糖转化反应可以看作是一级反应。
一级反应的速率方程可由表示为：k c dtdc=-，式中c 为时间t 时的反应物浓度，K 为反应速率常数。
积分可得:kt c c -=0ln ln ,c 0为反应开始时反应物的浓度。
由此式中不难看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc 对t 作图，可得一直线，由直线斜率即可得反应速率常数K 。
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。
其中当c=21c 0时，时间t 可以用t1/2表示，即为反应半衰期：t 1/2=k k 693.02ln =。
测量物质反应的仪器称为旋光仪。
溶液的旋光度和溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度均有关系。
当其它条件固定时，旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系，即α=βc,此式中比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、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，比旋光度可表示为：[α]20D=α·100/l ·c A式中[α]20D 右上角的“20”是指实验时温度为20℃。
D 是旋光仪用钠灯光源D 线的波长（即589nm ），α为测得的旋光度（°），l 为样品管长度（dm ），cA 为浓度（g/mL ）。
作为反应物的蔗糖是右旋物质，其比旋光度[α]20D=66.6°；生成物中葡萄糖也是右旋物质，其比旋光度[α]20D=52.5°；果糖则是左旋物质，其比旋光度[α]20D=-91.9°.由于生成物呈现左旋物质，因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰巧为零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数思考题答案解析
实验八十一 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1. 简述旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数的实验原理。
答：蔗糖在水中转化为葡萄糖与果糖，其反应为：()()()果糖葡萄糖蔗糖612661262112212O H C O H C O H O H C H +−→−++由于水是大量存在的，H +是催化剂，反应中它们浓度基本不变，因此蔗糖在酸性溶液中的转化反应是准一级反应。
kt c c -=0ln ln 由一级反应的积分方程可知，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，由直线斜率可得k 。
然而反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。
但蔗糖及其转化产物，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。
溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，α＝βc 。
物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]AD c l ⋅⋅=100 20αα λD =589nm ，l 为样品管长度（dm ），c A 为浓度（g/100ml ）蔗糖是右旋性物质，其[]6.66 20＝D α，葡萄糖是右旋性物质，其[] 5.52 20＝D α，果糖是左旋性物质，其[]9.91 20-＝D α，因此随着反应的进行反应体系的旋光度由右旋变为左旋。
()()()()()()()()kt kt c c c c c c c xx x O H C O H C O H O H C t t t H ----=-=--=∞=-=--=⇒-+==→→→∞→===+−→−+∞∞∞∞∞∞∞+ααααααβββααβαααβββααββαβα00,00,000t 000000612661262112212ln ln ln ln c t c t t0t c c 0 t -c c t t 00 c 0t ＝得：带入＝时：＝时：＝时：果糖葡萄糖蔗糖生反生生反生反反在某一温度下测出反应体系不同反应时刻t 时的a t 及a ∞，以()∞-ααt ln 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 ，半衰期k t 2ln 21=。
13.旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
化学化工学院
实验13：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
设计性实验
二、实验任务和要求
㈠ 设计方案： 1．实验目的 2．写出实验原理 3. 旋光仪的原理、构造及正确使用方法； 4．查阅可能所用试剂的物理常数； 5．分析资料，提出设计方案，设计操作步骤； 6．列出使用的仪器设备，明确各仪器的作用，并画出装置 图； 7．初步方案交教师审查后应进行修改，直至教师认可才能 进行实验。 8．相应的参考文献
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实验13：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
设计性实验
㈣
主要参考资料： 1.《物理化学实验》，复旦大学等编，高等教育出版社； 2.《物理化学实验》，何畏主编，科学出版社； 3.《物理化学实验讲义》,肇庆学院化学化工学院物理化学 教研组编； 4.任克勤. 蔗糖溶液旋光常数与温度的关系[J]. 东北重型 机械学院学报, 1991,(04) . 5.王洪,蒋明峰,崔建国,韦云隆,朱九进. 基于光学旋光法 的血糖浓度测量[J]. 激光杂志, 2006,(01) . 6.孙文敬,周延政,冯晓燕,魏转,余泗莲,周强. 旋光法测定 发酵液中2-酮基-D-葡萄糖酸[J]. 食品科学, 2010,(221) 7.桑雪梅,尚宏利,王敏,朱久进. 蔗糖水解反应实验教学的 改革[J]. 重庆工学院学报(自然科学版), 2008,(07) .
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实验13：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
设计性实验
附：论文的格式 文章标题 作者姓名 学校名称 系名 专业 年级 班别 摘要： 关键词：（从标题到关键词的内容要翻译成英文附在全文的 后面） 前言部分 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 1.2实验步骤 2.结果与讨论 3.结论 参考文应的速率常数
设计性实验
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验原理：蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：C 12H 22O 11(蔗糖）+H 2O →C 6H 12O 6（葡萄糖)+C 6H 12O 6(果糖）；它是一个二级反应，在纯水中此反应的速度极慢，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+是催化剂，其浓度也保持不变。
因此蔗糖转化反应可以看作是一级反应。
一级反应的速率方程可由表示为：k c dtdc=-，式中c 为时间t 时的反应物浓度，K 为反应速率常数。
积分可得:kt c c -=0ln ln ,c 0为反应开始时反应物的浓度。
由此式中不难看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc 对t 作图，可得一直线，由直线斜率即可得反应速率常数K 。
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。
其中当c=21c 0时，时间t 可以用t1/2表示，即为反应半衰期：t 1/2=k k 693.02ln =。
测量物质反应的仪器称为旋光仪。
溶液的旋光度和溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度均有关系。
当其它条件固定时，旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系，即α=βc,此式中比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、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，比旋光度可表示为：[α]20D=α·100/l ·c A式中[α]20D 右上角的“20”是指实验时温度为20℃。
D 是旋光仪用钠灯光源D 线的波长（即589nm ），α为测得的旋光度（°），l 为样品管长度（dm ），cA 为浓度（g/mL ）。
作为反应物的蔗糖是右旋物质，其比旋光度[α]20D=66.6°；生成物中葡萄糖也是右旋物质，其比旋光度[α]20D=52.5°；果糖则是左旋物质，其比旋光度[α]20D=-91.9°.由于生成物呈现左旋物质，因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰巧为零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。
物理化学――旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
物理化学――旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
旋光法是一种用于测定物质旋光性质的方法，通过测量物质对偏振光的偏转角度来确定旋光度。
在物理化学中，旋光法可以用于测定化学反应的速率常数。
对于蔗糖的转化反应，旋光法可以用来测量反应物蔗糖的旋光度随时间的变化，从而得到蔗糖转化反应的速率常数。
具体测定方法如下：
1. 准备装置：使用一个旋光仪或偏振光仪来测量蔗糖溶液的旋光度。
装置中需要有一个光源、一个载物池和一个旋光度检测器。
2. 准备试剂：制备一系列蔗糖溶液，浓度逐渐增大或减小。
可以通过称量蔗糖和加入适量的溶剂来制备。
3. 测量旋光度：将蔗糖溶液加入到载物池中，然后通过旋光仪或偏振光仪测量蔗糖溶液的旋光度。
每隔一段时间，记录一次旋光度值。
4. 绘制旋光度随时间变化的曲线：将测得的旋光度值与时间绘制成图表，可以得到一个旋光度随时间变化的曲线。
5. 速率常数的计算：根据测得的旋光度随时间变化的曲线，可以使用反应速率方程计算蔗糖转化反应的速率常数。
需要注意的是，蔗糖转化反应的速率常数可能会受到溶液的温
度、pH值以及其他条件的影响。
因此，在实验中应该尽可能控制这些条件，以确保得到准确的结果。
同时，实验过程中还需要注意安全操作，避免接触到化学品和使用的仪器设备。
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验步骤
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验步骤一、准备待测夜1、用台秤称取10g蔗糖溶于蒸馏水中，并用50ml容量瓶配制成溶液。
用移液管取25mL此溶液，注入锥形瓶中。
2、用移液管取25ml 2 mol/L HCl 溶液注入另一个锥形瓶中。
3、将锥形瓶中HCl 溶液加入到装有蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCl 溶液加入一半时开始计时，此时即为反应的开始时间，不断摇动装有混合液的锥形瓶。
4、用旋光仪测量各时间的旋光度。
二、WZZ-2B旋光仪的使用1、插上电源，打开后面开关，按回车键进入到测量界面。
2、将装有蒸馏水的旋光管放入样品室，试管安放时注意记下旋光管的位置和方向。
盖上箱盖，按清零键，显示为0。
3、取出试管。
然后用混合液润洗旋光管后，再行注满。
盖好玻璃片，旋紧套盖，若管中有气泡，应先让气泡浮在凸颈处。
按相同的位置和方向放入样品室内，盖好箱盖。
（此时仪器将自动显示第一个旋光度至稳定。
）4、按照第一个旋光度数值之后的5、10、15、20、30、50、75、100 min各测一次，并记录数据。
(注意：测到30分钟后，每次测量应将钠光灯熄灭，以免因长时间过热使用而损坏，但下一次测量之前提前十分钟打开钠光灯时光源稳定。
)等首次测量值稳定显示时的第一个时间间隔后，按【自测】键，仪器就会自动显示三组实测数据和其平均值。
等待第二次时间间隔时，按所述方法测量下组数据。
5、仪器使用完毕后，应关闭电源开关，并清洗旋光管。
三、WZZ-1旋光仪的使用1、插上电源，打开电源开关。
2、打开示数开关，调节零位手轮，使旋光示值为0。
3、有蒸馏水的旋光管放入样品室，试管安放时注意记下旋光管的位置和方向。
盖上箱盖，按清零键，显示为0。
4.取出试管。
然后用混合液润洗旋光管后，再行注满。
盖好玻璃片，旋紧套盖，若管中有气泡，应先让气泡浮在凸颈处。
按相同的位置和方向放入样品室内，盖好箱盖。
（此时仪器将自动显示第一个旋光度至稳定。
）5.示数盘将转出该样品的旋光度。
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数ly
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数一.目的要求1.测定蔗糖转化反应的速率常数k 、半衰期21/t 和活化能Ea2.了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系3.了解旋光仪的基本原理,掌握旋光仪的正确使用方法二.基本原理蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为:C 12H 22O 11 + H 2O → C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6(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.因此蔗糖转化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: kc dtdc =- ......... (12.1) c 为时间t 时的反应物浓度,k 为反应速率常数。
积分可得:0c kt c ln ln +-= .........(12.2)0c 为反应开始时反应物浓度。
当050c c .=时,可用21/t 表示反应时间,既为反应的半衰期:kt 221ln /= .........(12.3) 从(12.2)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。
测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。
溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。
当其它条件固定时,旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系,即:c a β=.........(12.4)式中比例常数β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:A20D C L a a ⨯=][ ......(12.5) 式中20D ][a 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),a 为测得的旋光度(o ),L 为样品管长度(dm),C A 为试样浓度(g/ml)。
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
实验注意事项
1. 快而准：快速调出三分视野相同的
暗视野
2. 注意实验温度
3. 旋光仪不要长时间开启
4. 实验结束时，应将旋光管洗净干燥， 防止酸对旋光管得腐蚀。
思考题
1. 试问在蔗糖转化反应过程中为什么可用蒸馏水来校正 旋光仪的零点？所测的旋光度αt是否必须要进行零点
校正？
2. 配置蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果是否有影 响？
旋光仪的结构和原理
实验步骤
一、旋光仪的零点校正 校正时，在样品管内灌满蒸馏水，旋上盖子。此 时管内不应该有气泡存在。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 ，重 复测量数次，取其平均值。 注意：（1）不能用力过猛，不漏水即可； （2）如果有气泡，将其放在胖肚的位置。
准一级反应。
除水外，其余物质都有旋光性
一级反应的速率常数方程 ：-dC/dt =kC C为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数. 积分可得 ：ln Co/C= kt C0为反应开始时反应物浓度。 t1/2 =ln2/k = 0.693/k 一定的条件下：旋光度α与反应物浓度C呈线形关系： α = KC 式中比例常数K与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓 度、样品管长度、温度等因素有关。
旋光法测定蔗糖转化反应 的速率常数
目的要求
测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期 了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系 了解旋光仪基本原理，掌握旋光仪的正确使用 方法
基本原理
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 ( 蔗糖 ) (葡萄糖) ( 果糖 ) 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
实验十三 一级反应-旋光法测定蔗糖转化的速率常数
t K 反 c t K 产 (c 0 t )
由式(2.13.5)和式(2.13.6)得
(2.13.7)
c0
0
K反 K产
K ( 0 )
(2.13.8)
ct
t
K反 K产Leabharlann K ( t )(2.13.9)
可见，能以反应开始时与终了时旋光度之差代表蔗糖的(2.17.2)得
0 K 反 c0
最后的溶液旋光度为α∞ 则
(蔗糖尚未分解 t=0)
(2.13.5)
K 产 c0
(蔗糖全部转化 t=∞)
(2.13.6)
式中 K 反、K 产 分别表示反应物与产物之比例系数，c0 为反应物的起始浓度，亦是生成物 最后的浓度。 当时间为 t 时，蔗糖的浓度为 ct，旋光度为αt。 则
αt-α∞
Ln(αt-α∞)
室温
(2) ln(αt-α∞)对 t 作图， 画出有代表性的直线。 (3) 求出反应速率常数和半衰期。 6 注意事项 （1） 反应液酸度很大， 一定要擦净后再放入旋光仪暗箱内， 以免腐蚀仪器 。 实验结束后， 将盛液管洗净。 (2) 每隔 20min 记 1 次室温，取平均值，作为测量温度， 并在不读数时，打开暗箱散热， 读数前 0.5min 盖上。 7 思考题 (1) 本实验是否需要校正仪器零点?为什么? (2) 在混和蔗糖和 HCl 溶液时，总是把 HCl 溶液加到蔗糖溶液中，而不把蔗糖溶液加入 HCl 溶液中，为什么? (3)如果所用蔗糖不纯，对实验有什么影响?
(蔗糖)
+
(葡萄糖)
(果 糖)
在纯水中此反应的速度极慢，通常需要 H 催化作用下进行，该反应为二级反 应。但是 由于水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可认为在反应过程中水的浓度是 恒定的，而 H+起催化作用，其浓度也保持不变。因此，蔗糖转化反应可 看作是一级反应。 一级反应的速率方程表达式如下：
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验六：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数⼀、实验⽬的：1、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；2、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使⽤⽅法；3、测定蔗糖转化反应的平均活化能；⼆、实验原理：蔗糖在⽔中⽔解成葡萄糖的反应为：C12H22O11+H20→ C6H12O6+C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖为使⽔解反应加速，反应常以H3O +为催化剂，故在酸性介质中进⾏⽔解反应中。
在⽔⼤量存在的条件下，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：lnC=-kt+lnC0式中：C0为反应开始时蔗糖的浓度；C为t时间时的蔗糖的浓度。
当C=0.5C0时，t可⽤t1/2表⽰，即为反应的半衰期。
t1/2=ln2/k上式说明⼀级反应的半衰期只决定于反应速率常数k，⽽与起始⽆关，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，如测定体系的旋光度的改变就可以量度反应的进程。
⽽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、光源波长及反应温度等因素有关。
为了⽐较各种物质的旋光能⼒，引⼊⽐旋光度[α]这⼀概念，并表⽰为：[α]20D=α*100/(L*C A)式中：20为实验时温度20℃；D为所⽤钠灯光源D线，波长589nm，α为旋光度；L为液层厚度（dm）；C为浓度（g*100mL -1），当其他条件不变时，即：A=K’C(K’在⼀定条件下是⼀常数)。
且当温度及测定条件⼀定时，其旋光度与反应物浓度有下列关系：反应时间为0时: α0=β反C0 (1)反应时间为t时: αt=β反C+β⽣（C0-C） (2)反应时间为∞时: α∞=β⽣C0 (3)联⽴以上三式： [（1）-（3）]/[（2）-（3）] 代⼊式（4）中，得：ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)由上式可以看出，以ln(αt-α∞) 对t 作图可得⼀直线，由直线斜率即可求得反应速度常数k ，由截距可得到α0值。
旋光法测定转化速率常数
基本原理
H+
该反应是一个二级反应，由于反应时时大量存在的，而且H+浓度保持不 变，因此蔗糖反应可看作为一级反应。
旋光度
蔗糖及其转化产物都具有旋光性，物质的旋光能力用比选光度来度量， 比旋光度定义：
旋光仪
光线经过起偏镜，再经过盛有旋光性物质的旋光管，通过旋转检偏镜才能 让光线再次通过，转过的角度就是。
绘制 ln(αt - ) 与t关系，由直线斜率求反应 速率常，根据Arrhenius公式 计算反应的平均活化能。
旋光法测定蔗糖转化 反应的速率常数
─Rate Constant for the Conversion of Sucrose by a Polarimetric Method
目的要求
一、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使
用方法；
二、了解反应物浓度与旋光度之间的关系；
三、测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。
反应动力学
体系最初的旋光度：
α0 =β反 c0
α =β 生 c 0
体系最终的旋光度：
时间为t时，旋光度： αt =β反c + β反 （c0 -c)
ln(αt - ) = -kt + ln(α0 - )
动力学方程：
实验步骤
旋光仪的零点校正
用蒸馏水校正旋光仪的零点，样品管装满蒸馏水， 管内不应有气泡。测量时旋转检偏镜至能观察到三分视野 暗度相等为止，记下起偏镜旋光度。
反应过程的旋光度测定
将恒温水浴和恒温箱都调节到反应所需的温度，蔗糖、 盐酸恒温一段时间，盐酸加入到蔗糖中，开始反应计时，并测 定反应过程中的旋光度。 将反应液放入50-60oC水浴中反应，冷至实验温度下测试 旋光度，即得 α 。
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数一、实验目的1.了解蔗糖转化反应体系中各物质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。
3.掌握旋光仪的基本原理及其使用方法。
预习要求1.掌握旋光度与蔗糖转化反应速率常数的关系。
2.掌握αt 与α∞的测定方法。
3.了解旋光仪的构造及使用方法二、实验原理蔗糖转化反应为:C12H22O11（蔗糖）+H2O → C6H12O6（葡萄糖）+ C6H12O6（果糖） V=K[C12H22O11][ H2O][α]D 20=66.60 [α]D20=52.50 [α]D20=-91.90为使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。
该反应为二级反应。
由于反应中水是大量的，可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。
而H+是催化剂，其浓度也是固定的。
所以，此反应可视为准一级反应。
其动力学方程为式中，k为反应速率常数;C为时间t时的反应物浓度。
积分得:式中，C为反应物的初始浓度。
以时间对浓度（t—C），lnc～t作图，斜率即为k。
当01/2蔗糖及水解产物均为旋光性物质。
但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。
溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。
为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。
比旋光度可用下式表示:式中，t为实验温度(℃); D为光源波长; α为旋光度; l为液层厚度(m); C为浓度(kg²m-3)。
可知，当其它条件不变时，旋光度α与浓度C成正比。
即:式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。
D物质，其比旋光度［α］D 20=52.5°；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度［α］D20=-91.9°。
因此，随着水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。
（实验过程中，大约从140～20之间，约需45分钟。
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验名称：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数班组：姓名：同组人姓名：日期：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1、蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应式为：C 12H 22O 11+H 2OH +C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6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 。
2、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 。
三、实验仪器及试剂圆盘旋光仪1台；恒温水浴1台；具塞大试管（50mL ）4支；kc dt dc =-kt c c -=0ln c βα=00c 反βα=）（生反c t -+=0c c ββα0c 生βα=∞)ln()ln(0∞∞-+-=-ααααkt t )ln(∞-ααt 以移液管(25mL)2支；锥形瓶（150ml ）1个；HCl 溶液（）；蔗糖(分析纯)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。
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1 目的要求 (1) 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 (2) 了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的使用方法。 2 基本原理 (1) 蔗糖转化的反应式为
H C12 H 22 O11 H 2 O C 6 H 12 O6 C 6 H 12 O6
αt-α∞
Ln(αt-α∞)
室温
(2) ln(αt-α∞)对 t 作图， 画出有代表性的直线。 (3) 求出反应速率常数和半衰期。 6 注意事项 （1） 反应液酸度很大， 一定要擦净后再放入旋光仪暗箱内， 以免腐蚀仪器 。 实验结束后， 将盛液管洗净。 (2) 每隔 20min 记 1 次室温，取平均值，作为测量温度， 并在不读数时，打开暗箱散热， 读数前 0.5min 盖上。 7 思考题 (1) 本实验是否需要校正仪器零点?为什么? (2) 在混和蔗糖和 HCl 溶液时，总是把 HCl 溶液加到蔗糖溶液中，而不把蔗糖溶液加入 HCl 溶液中，为什么? (3)如果所用蔗糖不纯，对实验有什么影响?
积分可得：
dc kc dt
（2.13.1)
ln c kt ln c0
式中：c——反应时间为 t 时的反应物浓度； c0——反应物起始浓度； t——反应时间； k——反应速率常数。 当 c= 1/2 c0 时，时间 t 可用 t1/2 表示，即反应的半衰期
(2.13.2)
t1
2
ln 2 0.693 k k
t K 反 c t K 产 (c 0 t )
由式(2.13.5)和式(2.13.6)得
(2.13.7)
c0
0
K反 K产
K ( 0 )
(2.13.8)
ct
t
K反 K产
K ( t )
(2.13.9)
可见，能以反应开始时与终了时旋光度之差代表蔗糖的(2.17.2)得
Kc
式中 K 为比例系数，与旋光 物质的本性有关。
(2.13.4)
蔗糖是右旋物质，而反应产物混合物中，葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但其旋光能
力较葡萄糖大，所以从总体上反应产物呈左旋性质。随着反应的进行，系统的右旋角不断减 小，反应至某一瞬间，系统的旋光度恰好等于零，而后就变成左旋，直到蔗糖完全转化，这 时左旋角达到最大值α∞。 则
ln( t ) kt ln( 0 )
(2.13.10)
若以 ln(αt-α∞)对 t 作图为一直线，从直线斜率可求出反应速率常数 k。 对于一级反应，因速率常数与反应物起始浓度无关，反应速率常数的测定可以从任一时 刻开始。 3 仪器 试剂 自动旋光仪 WZZ 型 水浴锅 普通温度计 100ml 烧杯 50ml 量筒 4 实验步骤 (1) 了解和熟悉 WZZ 型旋光仪的使用方法(见仪器说明书)。 (2) 反应速率常数的测定 配制浓度约为 20%(质量百分数)的蔗糖溶液 25ml，如有混浊应过滤。然后将 25ml 蔗糖 溶液与 2.5ml 浓度为 4mol·L-1 的 HCl 溶液混合，并迅速以此混合液荡洗盛液管 2 次，然后 1台 1个 1支 2个 2个 蔗糖(分析纯) HCl 溶液(4mol·L-1) 蒸馏水
(2.13.3)
由式(2.13.2)可以看出， lnc 对 t 作图，为一直线，直线的斜率为反应速率常数 k。(若要 直接测量不同时刻的反应物浓度，非常困难，但蔗糖及其转化产物都有旋光性，而且旋光能 力不同，故可以利用系统在反应过程中旋光度的变化பைடு நூலகம்度量反应的进程。 (2) 测量旋光性所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能 力、溶剂性质、溶液的浓度、样品管长度、光源及温度等均有关系。当其它条件固定时，旋 光度α与反应物浓度 c 呈线性关系 。 即
0 K 反 c0
最后的溶液旋光度为α∞ 则
(蔗糖尚未分解 t=0)
(2.13.5)
K 产 c0
(蔗糖全部转化 t=∞)
(2.13.6)
式中 K 反、K 产 分别表示反应物与产物之比例系数，c0 为反应物的起始浓度，亦是生成物 最后的浓度。 当时间为 t 时，蔗糖的浓度为 ct，旋光度为αt。 则
装满盛液管。揩去管外的溶液，将盛液管安置在旋光仪的暗室中，开始测定旋光度。以开始 时刻为 t0,每隔 2min 读数 1 次，20min 后每隔 3min 读数 1 次，再读 7 个数据即可。然后关闭 电源。 测α∞ ： 将盛液管取出，将反应液倒在烧杯里，连同原液一起在烧杯中用水浴加热，约 30 min。水浴温度不要超过 50℃，冷至室温测得旋光度α∞ 。 5 数据处理 （1） 时间 0 2 4 …… 20 23 26 …… 数据记录： 旋光度α
(蔗糖)
+
(葡萄糖)
(果 糖)
在纯水中此反应的速度极慢，通常需要 H 催化作用下进行，该反应为二级反 应。但是 由于水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可认为在反应过程中水的浓度是 恒定的，而 H+起催化作用，其浓度也保持不变。因此，蔗糖转化反应可 看作是一级反应。 一级反应的速率方程表达式如下：