物化实验蔗糖水解反应速率常数的测定

蔗糖水解反应速率常数的测定

一． 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. 熟悉反应物和产物的浓度与其旋光度之间的关系。

3. 用自动旋光仪测定蔗糖在酸催化下水解的反映速率常数和半衰期。

二． 实验原理

1. 蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖，反应式为:

C 12H 22O 11(蔗糖)+H 2O →C 6H 12O 6(葡萄糖)+C 6H 12O 6(果糖)

此反应的反应速率与蔗糖，水及催化剂H +离子的浓度有关。

由于H +离子及水的浓度可近似认为不变，因此，蔗糖水解反应可看作为一级反应（假一级反应）。

2. 此反应速率可由下式表示：

-dc/dt=kc

积分后可得lnc t =lnc 0-kt

c t 为时间t 时反应物的浓度， c 0为反应开始时反应物的浓度，k 为反应速率常数。

3. 反应速率还可以用半衰期t 1/2表示，即反应物浓度为反应开始浓度的一半时所需要的时间。

4. 由2式子可得 -d （c 0-x ）/dt=k （c 0-x ）

积分后可得ln(0

0C C X -)=KX t=0.693k ln 00C C X -

当反应进行一半时：

t1/2=1

k ln0

00

c

c1/2c

=1

k

ln0

c

1/2c

=ln2

k

=0.693

k

5.蔗糖是右旋性物质，比旋光度为6

6.6°，生成物葡萄糖也是

右旋性物质，比旋光度为52.5°，果糖是左旋性物质，比旋

光度为-91.9°。由于果糖的左旋光性比葡萄糖的右旋光性

大，所以生成物呈左旋光性。故随着反应的不断进行，反应

体系的旋光性将由右旋变为左旋，直到蔗糖完全水解，这时

的左旋角度达到最大值。

三．仪器与试剂

WZZ-2B自动旋光仪带塞锥形瓶（150ml）

烧杯（100ml）秒表

电子台秤移液管（25ml）

玻璃棒洗耳球

铁夹子HCL（4mol/L）

蔗糖（分析纯）

四．实验步骤

1.插上电源，打开仪器电源开关。这时钠光灯在交流工作状态

下起辉，预热5min，至钠光灯从紫色变到黄色，钠光灯才

发光稳定。

2.在仪器预热过程中，用蒸馏水来校正仪器零点。校正时先用

蒸馏水洗净样品管，后用蒸馏水装满样品管，并不能有任何

气泡。然后用布将样品管外边的水擦干净后放入旋光仪里面，

合上样品盖，按“测量”键，待示数稳定后按“清零”键，

液晶显示屏上面显示0.000不变为止。然后将样品管里面的蒸馏水倒净尽量控干备用。

3.在电子天平上称量蔗糖0.5g于烧杯中，用移液管加蒸馏水

25ml，用玻璃棒搅拌至蔗糖完全溶解，然后转移至锥形瓶中。

另外再用另一只移液管取4mol的Hcl溶液25ml加到蔗糖溶液中，边加边搅拌，至HCL溶液加到一半时用秒表开始计时，，当加完且混合均匀后，立即用混合液润洗样品管，然后在样品管里装满混合液且不能有任何气泡，把外表擦干净后放入已经预热好的且调好零点的旋光仪中。此时液晶显示屏上数字显示会快速增大，直到数字开始减小后，分别在4,6,8,10,12,14,16,18,20,25,30,35,40,45,50min时测量其一一对应的旋光度值。

4.在反应开始后，将锥形瓶中剩余的反应液装上塞子，用铁夹

子固定好，放入已事先恒温50℃的恒温水浴中加热待用，时间为40min。

5.反应液的旋光度测量完毕后，把废液倒入废液桶，将已经在

恒温水浴加热40min的反应液倒出，降到室温后用此溶液润洗样品管，然后装满样品管，把表面擦干净以后，放入旋光仪测量其旋光度，重复几次后到不变为止，应多测几次，等样品反应完全为止。

6.数据经检查合格后将所用仪器的样品管，锥形瓶，烧杯以及

玻璃棒分别用蒸馏水洗干净，。样品管中装满蒸馏水，外面

擦干净放入样品室，仪器复原。

五．注意事项

1.动力学实验，反应温度对所测数据和处理结果影响很大，所

用旋光仪本身会发热，故所测时间不宜太长。

2.把HCL溶液加到蔗糖溶液中，而不能把蔗糖溶液加入到HCL

溶液中。

3.样品管用后必须用蒸馏水洗干净，并装满蒸馏水，防止酸对

样品管的腐蚀。

六．实验数据记录及处理

七．问题与讨论

1.蔗糖水解的反应速率都与哪些条件有关？

答:温度、催化剂、压强、反应物浓度都会有影响

2.本实验称取蔗糖时为什么可以用电子天平而不用电子分析

天平？

答: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，有所得的直线的斜率求反应速率常数k，与初始

浓度无关。

3.如果实验所用蔗糖不纯，那么它对本实验有没有影响？并说

明原因。

答: 本实验通过旋光度来测蔗糖反应速率，蔗糖为右旋性物

质，生成的果糖为左旋性物质，实质为右旋到左旋的变化，

若蔗糖不纯，会影响实验旋光度的测量，使实验结果不准确。

4.本实验是否一定要矫正旋光仪的零点？

答:不需要。一般是用蒸馏水校正旋光仪的零点。但并不一定

需要。因为测完初始旋光度α0后，接着测的是任意时刻的

α t，以及α 无穷，而计算是是相剪，求差值，所以不需要

校正。