实验十一 蔗糖水解反应

实验十一 蔗糖水解反应

【实验目的】

1. 测定不同温度时蔗糖转化反应的速率常数和半衰期，并求算蔗糖转化反应

的活化能。

2. 了解旋光仪的构造、工作原理，掌握旋光仪的使用方法。

【基本要求】

1.了解在蔗糖反应的动力学方程式中，任何时刻t 的蔗糖浓渡可以被反应体

系在该时刻的选光度α与反应终了时的选光度∞α之差所替代的依据。

2 测定蔗糖转化率的速率常数的半衰期。

3 了解旋光仪的基本原理，掌握其实用方法。

【实验原理】

蔗糖转化反应为： C 12H 22O 11 + H 2O → C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6

蔗糖 葡萄糖 果糖

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。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

kC dt

dC =- (1) 式中，k 为反应速率常数；C 为时间t 时的反应物浓度。

将(1)式积分得： 0ln ln C kt C +-=

(2)

式中，C 0为反应物的初始浓度。

当C =1/2C 0时，t 可用t 1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得：

k

k t 693.02ln 2/1== (3)

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：

[]lC t

D α

α= (4)

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(kg·m -3)。

由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度α与浓度C 成正比。即：

α＝KC (5)

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。

在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α]20D

=66.6°。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[α]20D =52.5°；而产物中

的果糖则是左旋性物质，其比旋光度[α]20D =-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。旋光度与浓度成正比，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

α0，αt ，α∞表示。则：

α0＝K 反C 0 (表示蔗糖未转化) (6)

α∞＝K 生C 0 (表示蔗糖已完全转化) (7)

式(6)、(7)中的K 反和K 生分别为对应反应物与产物之比例常数。

αt ＝K 反C ＋K 生（C 0－C ） (8)

由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得：

()∞∞

-'=--=αααα000K K K C 生反 (9)

()∞∞

-'=--=ααααt t K K K C 生反 (10)

将(9)、(10)两式代入(2)式即得：

()()∞∞-+-=-αααα0ln ln kt t (11)

由(11)式可见，以ln(αt －α∞)对t 作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反

应速率常数k 。进而可求得半衰期t 1/2。 根据阿累尼乌斯公式2

11212)(ln

T RT T T E k k a -=，可求出蔗糖转化反应的活化能E a 。 【仪器试剂】

旋光仪1台；恒温旋光管1只；恒温槽1套；台称1台；停表1块；烧杯(100mL)1

个；移液管(30mL)2只；带塞三角瓶(100mL)2只。

HCl 溶液(4或2mol·dm -3)；蔗糖(分析纯)。

【实验步骤】

1. 将恒温槽调节到(25.0±0.1)℃恒温，然后在恒温旋光管中接上恒温水。

2. 旋光仪零点的校正

洗净恒温旋光管，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（或小气泡）存在。再旋紧套盖，勿使漏水。用吸水纸擦净旋

光管，再用擦镜纸将管两端的玻璃片擦净。放入旋光仪中盖上槽盖，打开光源，

调节目镜使视野清晰，然后旋转检偏镜至观察到的三分视野最暗且暗度相等为止，

记下检偏镜之旋转角α，重复操作三次，取其平均值，即为旋光仪的零点。

3. 蔗糖水解过程中αt 的测定

用台称称取20g 蔗糖，放入250mL 烧杯中，加入100mL 蒸馏水配成溶液(若溶

液混浊则需过滤)。用移液管取30mL 蔗糖溶液置于100mL 带塞三角瓶中。移取

30mL4mol·dm -3HCl 溶液于另一100mL 带塞三角瓶中。一起放入恒温槽内，恒温

10min 。取出两只三角瓶，将HCl 迅速倒入蔗糖中，来回倒三次，使之充分混合。

并且在加入HCl 时开始记时，将混合液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同)。装好

擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。测量不同时间t 时溶液的旋光度αt 。测定时

要迅速准确，当将三分视野暗度调节相同后，先记下时间，再读取旋光度。每隔

一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每3min 读一次，30min 后，每5min 读一

次。测定1h 。

4. αt 的测定：将步骤3剩余的混合液置于近60℃的水浴中，恒温30min 以

加速反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测定其旋光度，此值即为αt 。