蔗糖水解速率常数的测定实验报告

蔗糖水解速率常数的测定

一． 实验目的：

1.测定蔗糖水溶液在H +催化下转化反应的速度常数和半衰期。

2.掌握旋光仪的使用。

二． 实验原理：

蔗糖水解反应式为：

612661262112212O H C O H C O H O H C H +−→−++

蔗糖 葡萄糖 果糖

H +是催化剂，如果无H +存在，反应速度极慢，此反应是二级反应。但由于反应时水是大量存在的，整个反应过程中水的浓度可近似为恒定，因此可视为准一级反应，反应速度方程如下：

A A kC dt

dC =- （18-1） 式中C A 为t 时刻的蔗糖浓度，k 为反应速度常数。

若令蔗糖起始浓度为C A.0，（18-1）式积分得：

kt C C A

A =0,ln （18-2） 由于蔗糖、葡萄糖和果糖都含有不对称的碳原子，它们都是旋光性物质，但

它们的旋光能力各不相同，其中蔗糖右旋，比旋光度[] 6.6020

=D α，葡萄糖右旋，比旋光度[] 5.5220

=D α，果糖左旋，比旋光度[

] 9.9120

-=D α，所以随着反应的进行，物质的旋光度不断变化，由右旋逐渐变为左旋，故可利用体系在反应过程中旋光度的变化来量度反应的进程。

旋光度的测量可使用旋光仪（见第2章 常用仪器简介 2.6.旋光仪）。当样品管长度，光波波长、温度、溶剂等其他条件都不变时，溶液旋光度α与其中旋光性物质浓度C 呈线性关系。

KC =α （18-3） 式中比例常数K 与物质的旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度等有关。

旋光度只有相对含义，它因实验条件的不同会有很大的差异。物质的旋光能

力可用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：

[]lC

D αα1020= （18-4） 式中：20为实验时的温度20℃；D 是指所用钠光灯源D 线，波长为589nm ；α为测得的旋光度（单位：度）；l 为样品管的长度（单位：厘米）；C 为浓度（单位：克/mL ）。

设反应初始时即t=0时，蔗糖的浓度为C A ，O ，当时间为t 时，蔗糖的浓度为C A 。则

O A C K ,0⋅=反α （t=0，蔗糖尚未水解） (18-5)

O A C K ,⋅=∞生α （t=∞，蔗糖完全转化) (18-6)

(18-5)、（18-6）式中反K 和生K 分别为反应物与生成物的比例系数。

而当t=t 时，

）（生反A O A A t C C K C K -+=,α （18-7）

由（18-5）、（18-6）、（18-7）式可以解得：

）（）（生反k k C O A -=-∞,0αα （18-8)

）

（）（生反k k C A t -=-∞αα （18-9） 将（18-8）、（18-9）两式代入（18-2）式，整理得：

)lg(303

.2)lg(0∞∞-+-=-ααααt k t （18-10） 由（18-10）式可以看出，以lg(αt -α∞)对t 作图为一直线，斜率303.2k m -

=，可求得反应速度常数k ，半衰期k t 2

ln 21=也可求得。

三． 实验步骤：

1．调节空气恒温箱温度在25℃，用蒸馏水校正旋光仪的零点，熟悉旋光仪

的调节和读数。

2．将蔗糖溶液、3.0mol·L-1HCl 溶液、反应完毕液（为节省同学时间，相同

的反应完毕液实验室已准备好。方法是室温下静置24小时以上或于50℃恒温2个小时）分别置于锥形瓶中，放在已调节到25℃的恒温槽中恒温。

3．用移液管吸取已恒温的10.00mL 蔗糖溶液至干燥的锥形瓶中，再用另一

支移液管吸取已恒温的10.00mL3.0 mol·L-1HCl 溶液加入其中（HCl 溶液流出一半时即按下秒表开始记时）。迅速混合均匀，并用少量此溶液冲洗10cm 长的样品管二次，然后将反应液充满样品管，盖好盖子并擦干样品管外部，立即将样品管放入旋光仪，调节至三分视界消失、暗度相等，先准确记下时间，再读取此时的旋光度读数。开始的20分钟内每2分钟测取一次读数，此后随着反应速度变慢，可将时间间隔逐渐适当放长，每3~5分钟测取一次读数，大约连续测量1.5小时，读数间隔时间如较长，可暂时关闭光源。

4．如上法测定实验温度下反应完毕液的旋光度α∞ 。

注意事项：

1．样品管通常有10厘米和20厘米两种长度，一般选用10厘米长度的，这

样换算成比旋光度时较方便。但对于旋光能力较弱或溶液浓度太稀的样品，需用20厘米长的样品管。

2．旋光度受温度的影响较敏感，一般来说，旋光度具有负的温度系数，其

间不存在简单的线性关系，且随物质的构型不同而异，但一般均在-（0.01~0.04）

度-1之间，因此，在精密测定时必须用装有恒温水夹套的样品管，恒温水由超级恒温槽循环控制。

3．样品管的玻璃窗片是由光学玻璃制成的，用螺丝帽盖及橡皮垫圈拧紧时，不能拧得过紧，以不漏水为限，否则，光学玻璃会受应力而产生一种附加的偏振作用，给测量造成误差。

4．配制蔗糖溶液前，应先将其经380K烘干。实验结束时，应将样品管洗净，防止酸腐蚀样品管盖。同时，应将锥形瓶洗干净再干燥，以免发生碳化。四．数据记录与处理：

实验温度___25℃___________气压_____1atm__________α∞_ -2.25 _

1．算各时间t的αt-α∞和lg (αt-α∞)数值，填入上表。

2．lg (αt -α∞)对t 作图，由直线斜率求反应速度常数k ，并计算半衰期t 1/2 。

l g (αt -α∞)t/min

由曲线可得其斜率为-0.00827，近而求出反应速率常数k=3.174×10-4s -1,

k t 2

ln 21==2183s

思考与讨论

1．本实验中是否需要对每一个数据进行零点校正？

2．为什么t=0时，反应液的旋光度可以不测？是否可在测定第一个旋光度

时开始计时？为什么？

3．在混合蔗糖溶液和HCl 溶液时，可否把蔗糖溶液加入到HCl 溶液中去？

为什么？

4．本实验中如果不把剩余反应液在恒温槽中加热2小时，则可以在室温下

放24小时后再测α∞ ，两种方法t 不同，对测定速度常数k 有无影响？通常说反应速度常数k 要随温度而变化，采用2小时的方法测定α∞ ，是否会影响k 的数值？

五、思考题

1、说出蔗糖溶液在酸性介质中水解反应的产物是什么？此反应为几级反应？

答案：122211261266126H C H O H O C H O C H H +⎡⎤⎣⎦+−−−→+蔗糖 葡萄糖 果糖

准一级反应

2、WZZ-2S 数字式旋光仪的使用分为哪几步？