蔗糖水解反应速率

蔗糖水解反应速率常熟的测定

2012.3.19 10031010607工艺六班——梁亚岷 一实验目的

（1） 根据物质的旋光性性质研究蔗糖水解反应，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。

二实验原理

蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应方程式为

C 12H 22O 11+H 2O == C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6 （蔗糖，右旋） （葡萄糖，右旋） （果糖，左旋）

为使水解反应加速，反应常常以氢离子为催化剂，故在酸性介质中进行。此反应的反应速率与蔗糖的浓度、水的浓度以及催化剂氢离子的浓度有关。在催化剂氢离子浓度固定的条件下，这是一个二级反应。由于，此反应中水大量存在，反应到终点时，水的总量可认为没有改变，故此反应可视为一级反应，动力学方程式为：kc dt dc =- 积分后得： kt t

o ln =C C （1） 式中，Co 为反应开始时的反应物浓度：c 为时间t 时的蔗糖浓度，k 为水解反应的速率常数。

从（2）式可以看出,在不同的时间测定反应物的浓度，并以lnct 对t 作图，可得一直线，由直线斜率即可求出反应速率常数k 。

偏振面的转移角度称为旋光度，以表示。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源波长及反应时的温度等因素有关。当其他条件均固定时，旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系，即：c βα=

物质的旋光能力用比旋光度[α]来表示。其中，蔗糖

=66.65º， 葡萄糖=52.5º，果糖为=-91.9º，正值表示右旋，负值表示左旋，D 表示钠光灯源。

可见，当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时，体系将经过0，变成左旋。 旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和。若以α0、αt 、α∞分别为反应时间0，t ，∞时溶液的旋光度，则可导出：

C 0=C ∞=K （α0-α∞），C-C ∞=K （αt -α∞）

C 0=K （α0-α∞），C=K （αt -α∞）

(2)

将式（2）代人式（1）可得：∞∞0--ln a a a a t =k 1t

或)()(ln ∞-+-=∞-ααααo kt t 上式中ln （a t - a ∝）对t 作图，从所得直线的斜率即可求得反应速率常数k 。

一级反应的半衰期则用下式求取：κ

κ693.02ln 21==t 三.仪器和试剂测试

旋光计（带旋光管），超级恒温水浴，普通水浴锅，锥形瓶（100ml ），移液管（25ml ）

秒表；2mol·

L -1 HCI 溶液,蔗糖。 四.操作步骤

1.实验准备

配制蔗糖溶液，按10 g 蔗糖和50ml 蒸馏水的标准配制。

2.旋光仪调零

在旋光仪中注入纯水，放入旋光仪暗箱中，开启旋光仪电源预热10min ，待钠光灯稳定后，开启测量开关，光屏显示值应为00.000，若不为00.000，则可按清零键使其归零。

3.蔗糖水解过程中t α的测定

将蔗糖溶液与盐酸溶液在锥形瓶按1：1的比例混合，用混合溶液润洗旋光管，润洗后将混合液注入旋光管中，倒满后，盖好玻璃片，旋紧套盖，擦净旋光管两端的玻璃片，立即置于旋光仪中，盖上箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。对于剩余在锥形瓶中的混合液，把它连同锥形瓶放到水浴锅中加热。反应开始5min 后读取第一个数据，以后每过5min 记一次数据，直到有7个数据及以上为止。

4α∞的测定

α∞的测定可以将反应液放置48h 后，在相同温度下测定溶液的旋光度，即α∞值。为了缩短时间，可将剩余的混合溶液放入60℃的恒温水浴中，加热60min 后取出再装入旋光管测定α∞。

一、 数据处理

t ∕min 5 10 15 20 25 30

35 ∞ 5.580 4.660 3.780 3.025 2.340 1.780 1.285

-1.870 - 7.450 6.530 5.650 4.895 4.210 3.650 3.155

0 ）（∞-ααt ln

2.008 1.876 1.732 1.588 1.437 1.295 1.149 -∞

计算可知，速率常数k 为0.0288，半衰期为：κκ693.02ln 21==t =24.1

六．思考题

1.蔗糖溶液为什么可以粗略配制？

答：本实验需测定的是溶液的旋光度，而蔗糖的准确浓度不参与计算，只需配制与理论差不多的即可，故可以粗略配制。

2.蔗糖的转化速度和哪些因素有关？

答：蔗糖的浓度、水的浓度、氢离子的浓度。

3.反应开始时，为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中，而不是相反？

答：若将蔗糖倒入盐酸溶液，则由于盐酸大量存在，导致倒入的少许蔗糖反应迅速，甚至完全反应，不利于旋光度的测定。而将盐酸倒入蔗糖中，由于盐酸的量少，反应速度缓慢，利于旋光度的测定。