蔗糖水解速率常数的测定
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• 常用的旋光仪：
WZZ-1型 旋光仪
圆盘旋光仪
WZZ-2型 旋光仪
三分视场
大于(或小于) 零度视场
零度视场 小于(或大于) 零度视场
读数时的视场
旋光仪示意图
钠光 灯源
焦距调 节旋钮
三分视场 观察窗口
示数刻 度窗
样品管：
样品管 放置处
调节旋光度 数值旋钮
旋光度的测定步骤
（一） 钠光灯预热 将旋光仪接通电源（220V），待钠光灯稳定后（约10min），
蔗糖水解反应速度常数的测定
一、实验目的
二、实验原理
三、药品仪器
四、实验步骤
五、实验记录
六、数据处理
七、结果分析与讨论
八、注意事项
九、思考题
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。
实验原理
0.0502
0.4169
1.738
6.213
0.2512
2.255
9.355
35.86
0.4137
4.043
17.00
60.62
0.9000
11.16
46.76
148.8
1.214
17.455
75.97
注：蔗糖溶液的浓度均为10% 活化能Ea=108kJ/mol
• 中国药典（2005年版）规定用读数至0.01°并 经检定的旋光计。
葡萄糖
果糖
该反应是一个二级反应，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
管有部分参与了反应，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。 因此蔗糖反应可看作为假一级反应。
一级反应的速率方程为： dC KC dt
设体系最初的旋光度为： 0 反C0 （2）
（t=0，蔗糖尚未转化）
体系最终的旋光度为： 生C0
（3）
（t=∞，蔗糖已完全转化）
当时间为t 时，蔗糖浓度为C，此时旋光度 为αt，即：
t 反C 生 (C0 C)
（4）
α0- α∞=(β反-β生)C0
(5)
αt- α∞=(β反-β生)C
(6)
反应物蔗糖是右旋性物质，其比旋光 度[α]D20=66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性 物质，其比旋光度[α]D20=52.5o；但果糖是左 旋性物质，其比旋光度[α]D20=-91.9o。
由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖 右旋性大，所以生成物呈左旋性质。因此 随着反应的进行，体系的右旋角不断减少， 反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等 于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全水 解，这时左旋角达到最大值α∞。
• （四）读数方法
•
刻度盘分两个半圆，分别标出0º~180º，并有
固定游标分为20 等份，读数时先看游标的0 点落
在刻度盘上的位置，记下整数值，再看它的刻度
划线与刻度盘上的刻度划线相重合的点，记下游
标尺上的数据为小数点以后的数值。如图14－3 所示。刻度盘前方有两块放大镜，供读数时使用。
• （五）测毕，关熄钠光灯，取出盛液管，将溶液 倒出，用蒸馏水洗净，擦干放好。
数据处理
1.计算αt-α∞和ln(αt-α∞)；
2.作ln(αt-α∞) ~ t关系图； 3.计算直线斜率k，反应速率常数K；
4.求出半衰期t1/2。
计算αt-α∞和ln(αt-α∞)的结果
时间(min) 5 5 5 5 10 10 15 20 25
αt-α∞ ln(αt-α∞)
ln(αt-α∞)
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： ln C Kt ln C0
或 ㏑ =K t
（1）
式中：C0为反应开始时反应物浓度。
因为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变 化来度量反应进程。
本实验通过测定反应液的旋光度 来求得蔗糖水解反应的速率常数k和 半衰期t1/2。
• 用移液管吸取25ml2mol/L盐酸加入到50ml 的磨口三角瓶中。
• 把两个三角瓶同时放入超级恒温器中，恒 温15分钟。
• 待蔗糖与盐酸溶液恒温15分钟后取出， 把盐酸溶液倒入到蔗糖溶液中，加入一 半时开始计时，全部加入后摇匀；
• 混合后的溶液，倒入旋光管中（不产生 气泡），用滤纸吸干管外壁的溶液，将 旋光管放入旋光仪中，每5分钟测一次 旋光度的值；20分钟后，每10分钟测一 次，再40分钟、55分钟、75分钟、100 分钟各测一次旋光度的值，实验结束。
ln
K2 K1
药品仪器
1. 旋光仪； 2. 超级恒温器； 3.恒温水浴锅； 4. 移液管、锥形瓶、容量瓶等； 5. 蔗糖(10％)、HCl(2mol/L)等。
实验步骤
开启恒温器 旋光仪开关
调节温度 仪器调零
水解过程的 旋光度测定
蔗糖、盐酸 恒温15分钟
完全水解的 旋光度测定
关闭旋光仪 整理实验台
蔗糖是从甘蔗内提取的一种纯有机化合物， 也是和生活关系最密切的一个天然碳水化合物， 它是由D-(-)-果糖和D-(+)-葡萄糖通过半缩酮和半 缩醛的羟基相结合而生成的。
蔗糖经酸性水解后，产生一分子D-葡萄糖和 一分子D-果糖：
C12H22O11 H2O H C6H12O6 C6H12O6
蔗糖
• 把剩余的水解反应液，放在恒温水 浴锅中，在60℃条件下恒温30分钟， 然后移到超级恒温器中恒温15分钟。
• 测定完全水解的旋光度的值即α∞。
实验数据记录
实验日期： ； 超级恒温器温度： ℃；旋光仪零点： 。 αt的测定：
时间(min) 5 5 5 5 10 10 15 20 25
旋光度αt
最终旋光度α∞= 。
ln(αtα∞)1
A B百度文库
ln(αt-α∞)2
0
t1
t2
t(min)
反应速率常数： K k
半衰期：
t1
2
ln 2 K
实验结果与讨论
⑴结果：实测值为Ｋ= ⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？
注意事项：
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；
(5)式除以(6)式，得：
(7)
将 (7) 式代入(1)式即得： ln C Kt ln C0
ln(t ) Kt ln(0 )
显然，以ln(αt-α∞)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。
若知道不同温度下的速率常数，则 可求出反应的活化能Ea值：
Ea
RT1T2 T2 T1
• （三）旋光度的测定
• 倒去盛液管中蒸馏水，用少量待测的溶液 润洗2 ~3 次，装满待测液，置于镜筒中，若 有气泡，应将气泡放在中间球形的上面，盖 好盖子。这时出现三分视场，缓慢转动刻度 盘手轮，再找出另一个三分视场，再缓慢转 动刻度盘手轮，使三分视场消失，在两个三 分视场中间重新出现较暗的零度视场，记录 刻度盘上读数。重复操作2 ~3 次，取平均值。 即为待测溶液的旋光度。
即可开始测量。 （二）旋光仪零点的校正 1．取1 dm 长的盛液管，装满蒸馏水，使液面凸出管，将小圆 玻片沿管口边沿平推盖好，不能带入气泡，然后装上橡皮圈， 旋紧螺帽至不漏水，螺帽不宜旋得太紧，否则使玻片产生扭力， 影响读数。用擦镜纸将管两端的玻片及外壁残液擦干。打开镜 盖，将盛液管置于旋光仪镜筒中，若有气泡，应将气泡放在中 间球形的上面，盖好盖子。 2．调节目镜上视度螺旋至视场中三分视场明暗程度清晰为止。 3．转动刻度盘手轮，使刻度盘的0º线与固定游标尺0º线重合， 从目镜观察三分视场消失，出现较暗的零度视场。如不一致， 缓慢转动刻度盘手轮，直到出现较暗的零度视场，记录刻度盘 读数，此数即为零点。
α=βC
式中：比例常数β与物质旋光能力、溶剂性 质、样品管长度及温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量，
比旋光度用下式表示：
[ ]2D0
l
100 CA
[ ]2D0右上角的20表示实验时温度为200C,
D是指用钠灯光源D线的波长(即589nm),
为测得的旋光度, l为样品管长度(dm),
CA为浓度(g /100ml).
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α∞时，要注意被测样品在50~60℃条件 恒温30min后(但不能超过60℃，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。
思考题
1.在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，是将盐酸溶 液加到蔗糖溶液中，可否将蔗糖溶液加到盐酸 溶液中？为什么？
2.若不用蒸馏水校正旋光仪的零点，是否会影响 实验结果的准确度？
3.如何从实验结果，分析说明蔗糖水解反应为一 级反应？影响反应速率常数的因素有哪些？
4.测定α∞时，蔗糖水解反应液恒温的温度不能 超过60℃。为什么？
温度设定及旋光仪零点校正
• 温度设定：调节恒温器的接点温度计， 至25℃（以玻璃温度计为准）
• 旋光仪零点校正：用蒸馏水清洗样品管 后，向管内倒满蒸馏水（不产生气泡）， 用滤纸吸干管外壁的水，将样品管放入 旋光仪中，调整旋光度的刻度值为零或 其零刻度附近。
• 用移液管吸取25ml10％蔗糖溶液加入到50 ml的磨口三角瓶中。
重点难点
• 重点：掌握旋光仪的使用方法； 蔗糖水解反应用旋光度表示动 力学方程推导。
• 难点：旋光仪的构造及原理。
文献值：
温度和盐酸浓度对蔗糖水解速率常数K的影响
K× 103/min-1 HCl/mol·L-1 25 ℃(298.15K)
K× 103/min-1 30 ℃(308.15K)
K× 103/min-1 35 ℃(318.15K)
WZZ-1型 旋光仪
圆盘旋光仪
WZZ-2型 旋光仪
三分视场
大于(或小于) 零度视场
零度视场 小于(或大于) 零度视场
读数时的视场
旋光仪示意图
钠光 灯源
焦距调 节旋钮
三分视场 观察窗口
示数刻 度窗
样品管：
样品管 放置处
调节旋光度 数值旋钮
旋光度的测定步骤
（一） 钠光灯预热 将旋光仪接通电源（220V），待钠光灯稳定后（约10min），
蔗糖水解反应速度常数的测定
一、实验目的
二、实验原理
三、药品仪器
四、实验步骤
五、实验记录
六、数据处理
七、结果分析与讨论
八、注意事项
九、思考题
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。
实验原理
0.0502
0.4169
1.738
6.213
0.2512
2.255
9.355
35.86
0.4137
4.043
17.00
60.62
0.9000
11.16
46.76
148.8
1.214
17.455
75.97
注：蔗糖溶液的浓度均为10% 活化能Ea=108kJ/mol
• 中国药典（2005年版）规定用读数至0.01°并 经检定的旋光计。
葡萄糖
果糖
该反应是一个二级反应，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
管有部分参与了反应，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。 因此蔗糖反应可看作为假一级反应。
一级反应的速率方程为： dC KC dt
设体系最初的旋光度为： 0 反C0 （2）
（t=0，蔗糖尚未转化）
体系最终的旋光度为： 生C0
（3）
（t=∞，蔗糖已完全转化）
当时间为t 时，蔗糖浓度为C，此时旋光度 为αt，即：
t 反C 生 (C0 C)
（4）
α0- α∞=(β反-β生)C0
(5)
αt- α∞=(β反-β生)C
(6)
反应物蔗糖是右旋性物质，其比旋光 度[α]D20=66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性 物质，其比旋光度[α]D20=52.5o；但果糖是左 旋性物质，其比旋光度[α]D20=-91.9o。
由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖 右旋性大，所以生成物呈左旋性质。因此 随着反应的进行，体系的右旋角不断减少， 反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等 于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全水 解，这时左旋角达到最大值α∞。
• （四）读数方法
•
刻度盘分两个半圆，分别标出0º~180º，并有
固定游标分为20 等份，读数时先看游标的0 点落
在刻度盘上的位置，记下整数值，再看它的刻度
划线与刻度盘上的刻度划线相重合的点，记下游
标尺上的数据为小数点以后的数值。如图14－3 所示。刻度盘前方有两块放大镜，供读数时使用。
• （五）测毕，关熄钠光灯，取出盛液管，将溶液 倒出，用蒸馏水洗净，擦干放好。
数据处理
1.计算αt-α∞和ln(αt-α∞)；
2.作ln(αt-α∞) ~ t关系图； 3.计算直线斜率k，反应速率常数K；
4.求出半衰期t1/2。
计算αt-α∞和ln(αt-α∞)的结果
时间(min) 5 5 5 5 10 10 15 20 25
αt-α∞ ln(αt-α∞)
ln(αt-α∞)
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： ln C Kt ln C0
或 ㏑ =K t
（1）
式中：C0为反应开始时反应物浓度。
因为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变 化来度量反应进程。
本实验通过测定反应液的旋光度 来求得蔗糖水解反应的速率常数k和 半衰期t1/2。
• 用移液管吸取25ml2mol/L盐酸加入到50ml 的磨口三角瓶中。
• 把两个三角瓶同时放入超级恒温器中，恒 温15分钟。
• 待蔗糖与盐酸溶液恒温15分钟后取出， 把盐酸溶液倒入到蔗糖溶液中，加入一 半时开始计时，全部加入后摇匀；
• 混合后的溶液，倒入旋光管中（不产生 气泡），用滤纸吸干管外壁的溶液，将 旋光管放入旋光仪中，每5分钟测一次 旋光度的值；20分钟后，每10分钟测一 次，再40分钟、55分钟、75分钟、100 分钟各测一次旋光度的值，实验结束。
ln
K2 K1
药品仪器
1. 旋光仪； 2. 超级恒温器； 3.恒温水浴锅； 4. 移液管、锥形瓶、容量瓶等； 5. 蔗糖(10％)、HCl(2mol/L)等。
实验步骤
开启恒温器 旋光仪开关
调节温度 仪器调零
水解过程的 旋光度测定
蔗糖、盐酸 恒温15分钟
完全水解的 旋光度测定
关闭旋光仪 整理实验台
蔗糖是从甘蔗内提取的一种纯有机化合物， 也是和生活关系最密切的一个天然碳水化合物， 它是由D-(-)-果糖和D-(+)-葡萄糖通过半缩酮和半 缩醛的羟基相结合而生成的。
蔗糖经酸性水解后，产生一分子D-葡萄糖和 一分子D-果糖：
C12H22O11 H2O H C6H12O6 C6H12O6
蔗糖
• 把剩余的水解反应液，放在恒温水 浴锅中，在60℃条件下恒温30分钟， 然后移到超级恒温器中恒温15分钟。
• 测定完全水解的旋光度的值即α∞。
实验数据记录
实验日期： ； 超级恒温器温度： ℃；旋光仪零点： 。 αt的测定：
时间(min) 5 5 5 5 10 10 15 20 25
旋光度αt
最终旋光度α∞= 。
ln(αtα∞)1
A B百度文库
ln(αt-α∞)2
0
t1
t2
t(min)
反应速率常数： K k
半衰期：
t1
2
ln 2 K
实验结果与讨论
⑴结果：实测值为Ｋ= ⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？
注意事项：
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；
(5)式除以(6)式，得：
(7)
将 (7) 式代入(1)式即得： ln C Kt ln C0
ln(t ) Kt ln(0 )
显然，以ln(αt-α∞)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。
若知道不同温度下的速率常数，则 可求出反应的活化能Ea值：
Ea
RT1T2 T2 T1
• （三）旋光度的测定
• 倒去盛液管中蒸馏水，用少量待测的溶液 润洗2 ~3 次，装满待测液，置于镜筒中，若 有气泡，应将气泡放在中间球形的上面，盖 好盖子。这时出现三分视场，缓慢转动刻度 盘手轮，再找出另一个三分视场，再缓慢转 动刻度盘手轮，使三分视场消失，在两个三 分视场中间重新出现较暗的零度视场，记录 刻度盘上读数。重复操作2 ~3 次，取平均值。 即为待测溶液的旋光度。
即可开始测量。 （二）旋光仪零点的校正 1．取1 dm 长的盛液管，装满蒸馏水，使液面凸出管，将小圆 玻片沿管口边沿平推盖好，不能带入气泡，然后装上橡皮圈， 旋紧螺帽至不漏水，螺帽不宜旋得太紧，否则使玻片产生扭力， 影响读数。用擦镜纸将管两端的玻片及外壁残液擦干。打开镜 盖，将盛液管置于旋光仪镜筒中，若有气泡，应将气泡放在中 间球形的上面，盖好盖子。 2．调节目镜上视度螺旋至视场中三分视场明暗程度清晰为止。 3．转动刻度盘手轮，使刻度盘的0º线与固定游标尺0º线重合， 从目镜观察三分视场消失，出现较暗的零度视场。如不一致， 缓慢转动刻度盘手轮，直到出现较暗的零度视场，记录刻度盘 读数，此数即为零点。
α=βC
式中：比例常数β与物质旋光能力、溶剂性 质、样品管长度及温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量，
比旋光度用下式表示：
[ ]2D0
l
100 CA
[ ]2D0右上角的20表示实验时温度为200C,
D是指用钠灯光源D线的波长(即589nm),
为测得的旋光度, l为样品管长度(dm),
CA为浓度(g /100ml).
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α∞时，要注意被测样品在50~60℃条件 恒温30min后(但不能超过60℃，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。
思考题
1.在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，是将盐酸溶 液加到蔗糖溶液中，可否将蔗糖溶液加到盐酸 溶液中？为什么？
2.若不用蒸馏水校正旋光仪的零点，是否会影响 实验结果的准确度？
3.如何从实验结果，分析说明蔗糖水解反应为一 级反应？影响反应速率常数的因素有哪些？
4.测定α∞时，蔗糖水解反应液恒温的温度不能 超过60℃。为什么？
温度设定及旋光仪零点校正
• 温度设定：调节恒温器的接点温度计， 至25℃（以玻璃温度计为准）
• 旋光仪零点校正：用蒸馏水清洗样品管 后，向管内倒满蒸馏水（不产生气泡）， 用滤纸吸干管外壁的水，将样品管放入 旋光仪中，调整旋光度的刻度值为零或 其零刻度附近。
• 用移液管吸取25ml10％蔗糖溶液加入到50 ml的磨口三角瓶中。
重点难点
• 重点：掌握旋光仪的使用方法； 蔗糖水解反应用旋光度表示动 力学方程推导。
• 难点：旋光仪的构造及原理。
文献值：
温度和盐酸浓度对蔗糖水解速率常数K的影响
K× 103/min-1 HCl/mol·L-1 25 ℃(298.15K)
K× 103/min-1 30 ℃(308.15K)
K× 103/min-1 35 ℃(318.15K)