物理化学实验报告旋光法测定蔗糖转化反应速率常数实验报告

旋光法测定蔗糖转变反应的速率常数
一、目的要求
1、认识旋光仪的基根源理，掌握旋光仪的正确使用方法；
2、认识反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；
3、测定蔗糖转变反应的速率常数和半衰期。

二、基根源理
蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为：
C12H22O11（蔗糖） +H2O C6H12O6（葡萄糖） +C6H12O6（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：
式中 C 为时间 t 时的反应物浓度， k 为反应速率常数。

上式积分可得：
C0为反应开始时反应物浓度。

当C=时 ,可用 t1/2表示 ,既为反应半衰
期 : t 1/2 =ln2/k = k
从可看出，在不同样时间测定反应物的相应浓度，并以ln 对 t 作图，可
得素来线，由直线斜率既可得反应速率常数 k。

可是反应是在不断进行的，要迅速解析出反应物的浓度的困难的。

但蔗糖及其转变物，都拥有旋光性，而且它们的旋光能力不同样，故能够利用系统在反应进度中旋光度的变化来胸襟反应的进
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。

当其他条件固准时，旋光
度α与反应物浓度 C 呈线形关系，即α = β C。

式中比率常数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胸襟,比旋光度用下式表示 :
20
[ α]D =α×100 / l× C A(16—5)
式中 [α ]D20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)，α为测得的旋光度 ( o)， l 为样品管长度 (dm)，C A为浓度
( g/100mL )。

作为反应物的蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α]D20 =；生成物中葡萄糖也是右
[α] D20 = ，但果糖是左旋性物质，其比旋光度 [α] D20 = 。

旋性物质，其比旋
光度
由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，因此生成物表现左旋性质。

因此
随着反应进行，系统的右旋角不断减小，反应至某一刹时，系统的旋光度可恰好
等于零，此后就变成左旋，直至蔗糖完好转变，这时左旋角达到最大值α∞。

设系统最初的旋光度为α 0=β反C0( t=0，蔗糖还没有转变 )
系统最后的旋光度为α ∞=βC0∞，蔗糖已完好转变)
( t=
生
以上两式中β反和β生分别为反应物与生成物的比率常数。

当时间为 t 时,蔗糖浓度为 C，此时旋光度为αt，即
αt=β反 C + β生 (C0– C)
由以上三式联立可解得：
C0=(α0-α∞)/(β反 -β生) = β′ (α0-α∞)
C=(αt -α∞)/( β反 -β生) = β′ (α t- α∞)
将以上两式代入即得：
ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)
显然 ,以 ln(αα ∞对t作图可得素来线，从直线斜率既可求得反应速率常数。

0-)k
三、仪器试剂
旋光仪移液管 (25mL) 2 支
恒温箱蔗糖 (解析纯 )
具塞大试管（ 50mL） 2 支HCl溶液
四、实验步骤
1、仪器装置
请仔细阅读仪器九“旋光仪” ，认识旋光仪的构造，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，能够用来校正旋光仪的零点（即α=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，此后盖上玻璃片和套盖，玻璃片紧贴于旋光管，此时管内不
应该有气泡存在。

但必定注意旋紧套盖时，一手握住管上的金属鼓轮，另一手旋
套盖，不能够用力过猛，省得玻璃片压碎。

此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，调治目镜聚
焦，使视野清楚，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。

此平均值即为零点，用来校正仪器系
统误差。

3、反应过程的旋光度的测定
将恒温水浴和恒温箱都调治到所需的反应温度（如 15℃、 25℃、 30℃或 35℃）。

在锥形瓶内。

用移液管吸取蔗糖溶液 25ml，注入起初干净干燥的 50mL 试管内并加盖；同法，用另一支移液管吸取蔗糖溶液 25mL 的 HCl 溶液，置于另一支 50mL 试管内加盖。

将这两支试管一起置于恒温水浴内恒温 10min 以上，此后将两支试管取出，擦干
管外壁的水珠，把盛有 HCl 溶液的那支试管倒入蔗糖溶液中，同时记下反应开始的时间，迅速进行混杂，使之平均后，马上用少量反应液荡洗旋光管两次，此后将反应液装满旋光管，旋上套盖，放进已起初恒温的旋光仪内，测
内进行测定。

量各时间的旋光度。

第一个数据，要求在离反应初步时间 1～2min在
反应开始 15min 内，每 5 分钟测量一次，共测 8 个数据。

4、α∞的
测量
反应达成后，将旋光管内反应液与试管内节余的反应混杂液合并，置于 50℃的水浴内温热 40min，使其加速反应至完好。

此后取出，冷至实验温度下测定旋光度，等大概 1～2min ，等旋光度变化很小时，记下此时的旋光度，即为α∞值。

四、实验数据及办理：
1、蔗糖转变反应旋光度的测定结果
序号t /minα o o∞ o)∞
t( )α∞ ( )αt -α(ln(αt -α )
10
25
310
415
520
625
730
835
2、αt-t 曲线图
3、ln(αt-α∞)-t 图
由计算机作图线性拟合可得斜率为，即测得反应速率常数k=则反应半衰期 t1/2 =ln2/k= k=
五、提问思虑
1、在旋光法测定蔗糖转变反应的速率常数实验中，用蒸馏水来校正旋光仪的零点，试问在蔗糖转变反应过程中所测定的旋光度αt 可否必定要进行零点校正答：不需要零点校正。

由于数据办理要求α∞∞
ln( 0-α )对 t 作图，若αt和α对零点
都有一个误差，αt-α∞能够抵消。

2、配制蔗糖溶液和盐酸溶液时，是将盐酸加到蔗糖溶液里去，可否将蔗糖溶
液加到盐酸溶液中去为什么
答：不能够。

本反应中氢离子为催化剂，若是将蔗糖溶液加到盐酸溶液中，在刹时系统中氢离子浓度较高，以致反应速率过快，不利于测定。