12药学1班兰婷,23 一级反应速率常数的测定——蔗糖的转化 2

基础物理化学实验报告

实验名称：一级反应速度常数的测定—蔗糖的转化

＿＿12药学＿班级1组号：2

实验人姓名：兰婷

同组人姓名：李楚芳、罗媛、莫玉言

指导老师：周崇松

实验日期：2014/6/6

湘南学院化学与生命科学系

一、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。

4、掌握旋光法仪的使用和校正方法，实验数据的作图处理方法。

二、实验原理

蔗糖转化的反应方程式为

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。此反应本是二级反应，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，此反应可视为假一级反应，反应速率只与蔗糖浓度成正比。

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。在其它条件固定时，旋光度α与反应物浓度有直线关系，即：

α = KC (17.1)

式中的比例常数K与物质的旋光能力、溶液性质、溶液厚度、温度等均有关。

在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,比旋光度

，产物中的葡萄糖也是右旋性物质，，但产物中的果

糖是左旋性物质，，因此随着水解作用的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为0，t，∞时溶液的旋光度分别用表示。则: α0=K反C0 (17.2)

αt=K生C∞ (17.3)

式中，K反和K生分别为反应物与生成物的比例常数，C0 为作用物的最初浓度，C∞ 是生成物最终之浓度，当t=t 时，蔗糖的浓度为C，旋光度为αt ：

(17.4)

由式(17.2)、(17.3)和(17.4)得

························(17.5)

·························(17.6)

将式(17.5)和(17.6)代入一级反应的积分式，可得：

(17.7)

即：

···························(17.8) 若以log(αt-α∞)对t作图，从直线的斜率即可求得反应速率常数k，进而可求得半衰期t1/2=ln2/k。

四、实验步骤：

1．控制恒温水浴的温度恒定，开启旋光仪预热半小时。

2．旋光仪零点的校正。洗净旋光管，将管子一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，把玻璃片盖好，使管内无气泡存在（旋光管的结构如图17.1 所示）。再旋紧套盖，勿使漏水。管中如有气泡，可赶至胖肚部分。用吸水纸擦净旋光管，再用擦镜纸将管两端的玻璃片擦净。将旋光管放置到旋光仪中进行零点校正。旋光仪的使用方法详见本丛书第一分册仪器部分。

图17.1 旋光管的构造

1 螺丝帽盖

2 橡皮垫圈

3 玻璃窗片

4 样品管

3．旋光度的测定。称取12.5g 的蔗糖溶于50 ml 蒸馏水中，若溶

液浑浊应过滤。用移液管各取溶液和蔗糖溶液25 ml，分别置于100 ml 的锥形瓶中，放入恒温水浴恒温10 分钟后取出，将H2SO4溶液倒入蔗糖中振荡（开始记时），立即倒回盛H2SO4 溶液的瓶中，再振荡。同时用此混合液少许，洗旋光管2～3次后，装满旋光管。用滤纸或毛巾擦净管外的溶液后，尽快放入旋光仪中进行观察测量。每测好一次旋光角后，立即将旋光管放入恒温水浴中恒温。 4．测量不同时间t时溶液的旋光度αt。由于αt随时间不断地改变，因此找平衡点和读数均要熟练迅速。寻找到平衡点立即记下时间t，

再读取旋光角αt。为了多读一些数据，以清除一些偶然误差，在开始15分钟内最好每分钟记录一次读数，以后测量的时间间隔可适当加长，一直测到旋光角由右旋变到左旋为止。

5．α∞的测定。将上述剩余的蔗糖和硫酸的等体积混合液置于55～65 ℃水浴上温热1小时以上，然后冷却至原实验温度，再测此溶液的旋光度，即为α∞值。

6．将恒温槽调节到另一温度恒温，按实验步骤3、4、5测定该温度时的体系的旋光度随反应时间的关系。

五、实验数据记录和处理

温度：26℃

原始数据

实验数据记录及其处理

（1）a∞=－8.5

斜率=－0.0064

速率常数k =0.01474

（2）截距=1.3493 Log(a0-a∞)=截距a0-a∞=22.35 则a0=13.85

当t=4.4min时，k=0.02187；当t=9.33min 时，k=0.01244；

当t=14.33min时，k=0.01357；当t=19.4min 时，k=0.01471；

当t=29.33min时，k=0.01595；当t=49.18min 时，k=0.01405；

当t=74.18min 时，k=0.01508

k 的平均值=0.01538 （3）半衰期=

k

6931

.0=47.02min -1 k 值相对偏差=[（0.01474－0.01538）/0.01538]*100%=－4.161% 思考

1.称量蔗糖为什么可用普通台秤？

蔗糖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，蔗糖的称取本不需要非常精确，用台称称量即可。

2. 怎样确定蔗糖水解达到平衡？

蔗糖及其水解产物葡萄糖，果糖都含有不对称碳原子，它们都具有旋光性，即都能使透过他们的偏振光的振动面旋转一定的角度，此角度称为旋光度，以α表示。蔗糖，葡萄糖能使偏振光的振动面按顺时针方向旋转，为右旋物质，旋光度为正值。果糖为左旋物质，旋光度为负值，数值较大，整个水解混合物是左旋的。所以可以通过观察系统化学反应过程中旋光度的变化来量度反应的进程。反应体系的旋光度

会由右旋逐渐变为左旋。当旋光度不再变化时，蔗糖水解达到平衡。