2H+浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定

旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

一、实验目的

1.了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系;

2.测定蔗糖转化反应的速率常数;

3.掌握旋光仪的基本原理及其使用方法;

4.了解H+对速率常数的影响。

二、实验原理

蔗糖转化反应为:

C

12H

22

O

11

（蔗糖）+H

2

O → C

6

H

12

O

6

（葡萄糖）+ C

6

H

12

O

6

（果糖） V=K[C

12

H

22

O

11

][ H

2

O]

[α]

D 20=66.60 [α]

D

20=52.50 [α]

D

20=-91.90

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。该反应为二级反应。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

式中，k为反应速率常数;C为时间t时的反应物浓度。积分得:

式中，C

为反应物的初始浓度。以时间对浓度（t—C），lnc～t作图，斜率即为k。

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。

:

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)。可知，当其它条件不变时，旋光度α与浓度C成正比。即:

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。

D

糖也是右旋性物质，其比旋光度［α］

D

20=52.5°；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋

光度［α］

D

20=-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。（实验过程中，大约从14～2之间，约需45分钟。）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α

0，α

t

，

α

∞

表示。则:

α

0=K

蔗糖

C

(表示蔗糖未转化) （1）

α

∞=（K

蔗糖

+K

葡萄糖

）C

(表示蔗糖已完全转化) （2）

K

反和K

生

分别为对应反应物与产物之比例常数。

（3）

三式联立可以解得:

（1）-（2）得

（3）-（2）得两式代入上式即得:

可见，以ln(α

t -α

∞

)对t作图，由该直线的斜率即可求得反应速率常数k，半衰期t

1/2

。

三、仪器与药品

1.仪器：WZZ-2B自动旋光仪1台 ; 旋光管1只 ;

超级恒温槽1套; 台称1台; 秒表一只;

烧杯(100mL)2 个; 移液管(25mL)2只 ; 移液管或量筒(50mL)1只

锥形瓶：1 个

2.药品：HCl溶液(4mol/L、3mol/L、2mol/L/、1mol/L ) 蔗糖(分析纯)。

四、实验步骤

1.将恒温槽调节到(50.0±0.1)℃恒温，旋光仪先预热20分钟。

2.旋光仪零点的校正：

旋光管注入蒸馏水，无气泡，旋紧，擦净，调节（圆盘旋光仪）目镜使视野清晰，旋转检偏镜至观察到的三分视野暗度相等为止，记下检偏镜之旋转角α，即为旋光仪的零点。

WZZ-2B自动旋光仪“清零”（本实验中可以不校正零点）

3.蔗糖水解过程中α

t

的测定：

称取10g蔗糖，加入50mL蒸馏水配成溶液(若溶液浑浊，应先过滤)。用移液管取25mL

mol·dm-3HCl溶液于另一100mL烧杯中。将HCl迅速倒入蔗糖中，充分混合在加入HCl时开始记时。（若用移液管移取25mL 4mol/LHCl溶液直接加入到盛蔗糖溶液的烧杯中，则加入一半时开始计时）将混合液装满旋光管，测量不

t

。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，可每1min读一次，15min 后（读取，每2min读一次，再读取15个数值（30min）。共测定45min，30个数值。

4.α

∞

的测定:

将混合液（25mL4mol/LHCl溶液+25mL蔗糖溶液）置于近50℃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，持续约 5 min，旋光度不

发生变化，可以认为反应完全，此值即可认为是α

∞

。若旋光度一直在变化，则还没有反应完全。

5．重复上述实验,但将HCl浓度分别改成2mol/L、1mol/L/，分别测其a

t 、a

∞

五、注意事项

1.装样品时，速度要快，才能保证初始旋光度在约140（1

2.90左右）。旋光管管盖旋至不漏液

体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。

2.在测定α

∞

时，通过加热使反应速度加快转化完全，但加热温度不要超过60℃，减少副反应。

3.酸对仪器有腐蚀，应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管洗净。

4.旋光仪中的钠光灯（波长589.3nm）不宜长时间开启，测量间隔较长时应熄灭，以免损坏。

不宜超过4小时，若时间较长，可停用10～15 min，使钠光灯冷却后，再重新开启使用。

六、数据记录与处理

1.将实验数据记录于下表: