纤维素水解葡萄糖的最佳实验条件探究

纤维素水解制葡萄糖的最佳实验条件探究

实验者：康玉（2013121126）李伟亭（2013121128）

引言：再关于纤维素水解反应实验，普通中学实验要求以教师演示实验和学生分组实验进行．在实验中，通过水解产物能使新制的氢氧化铜变成绛蓝色溶液、混合物经加热后，有红色沉淀生成，来证明纤维素水解最终产物是葡萄糖．若在学生分组实验中，补充检验醛基的另一个实验——银镜反应，对学生认识纤维素性质的知识整合有一定作用．但是由于纤维素水解实验所需时间较长，生成银镜质量不高，实验效果不佳，因此本文从酸的浓度对其影响来探究纤维素水解制葡萄糖的最佳实验条件。

1.实验背景

1.1

随着人类对石油、煤炭等不可再生的化石燃料的需求不断增加，开发可再生的新能源已经得到各国科学家的重视，利用纤维素制取乙醇也成为研究热点。纤维质是地球上资源量最丰富的可再生资源。除了农产品外，秸秆、农作物壳皮、树枝、落叶、林业边脚余料和城乡固体垃圾等均含有大量的纤维素。但是纤维素是数千个葡萄糖分子通过1，4．糖苷键连接而形成的葡聚糖，且分子问和分子内有氢键作用，结构稳定。目前的纤维素利用方法主要有酸催化水解和纤维素酶分解。王树荣等研究了纤维素在低浓度硫酸下的水解，纤维素转化率可以达到70％左右，还原糖得率最高为46．55％。张玉苍等以稻草纸浆为原料研究纤维素酶解，当酶用量1 50 U／g料，底物浓度2％，反应温度 55℃，p H4．8，反应时间8 h，酶解得率可高达到73．20％。然而纤维素的酸催化水解存在着酸回收难、污染严重等问题，纤维素酶也有生产成本高等缺点，需要进一步完善。1.2 产物分析

纤维素的水解液一般为棕黄色，反应时间较长则颜色较深，反应温度越高颜色也越深。通常产物主要有葡萄糖、果糖、低聚糖(纤维三糖、纤维二糖等)、1,6一苷键葡萄糖、甘油醛、二羟基丙酮、丙酮醛、5-HMF及酸等。

2．影响纤维素水解的因素

2.1 实验因素

有关文献资料表明，影响纤维水解实验因素有多种，如纤维素类型和用量、纤维素水解所用催化剂——硫酸浓度的大小、纤维素水解和生成银镜所需加热的水浴温度、配制银氨溶液所用硝酸银和氨水浓度大小、做银镜实验时纤维素水解液用量等。

2.2 酸度影响

硫酸浓度是纤维素水解反应的重要因素，实验证明硫酸的浓度太大，则纤维素易脱水也易被碳化；硫酸的浓度太小，纤维素不易完全水解，或水解所需时间较长，一般选取硫酸的质量分数不低于70％．为了分析硫酸浓度在一定范围内变化不大是否对实验结果有影响，则选取硫酸浓度因素．纤维素水解液用量及配制银氨溶液所需氢氧化钠的浓度也是对实验结果影响比较大的因素．因此，在本实验中控制纤维素水解液用量，探究硫酸浓度对本实验的影响。

3.葡萄糖反应

4.实验部分

4.1 实验仪器及材料

仪器：试管、玻璃棒、烧杯、胶头滴管、铁架台、石棉网、

材料：滤纸、硫酸、氢氧化钠、硝酸银溶液（2%）、氨水(1:5)

1．实验步骤

(1)不同浓度硫酸溶液的配制：配制60%、65%、70%的硫酸。配制60%的硫酸：取一只试管加入1.6ml的水，再加入2.4ml的浓硫酸；配制65%的硫酸；取一只试管加入1.4ml的水，再加入2.6ml的浓硫酸；配制70%的硫酸：取一只试管加入1.2ml的水，再加入2.8ml的浓硫酸。

(2)纤维素水解液的配制：取三张滤纸，将滤纸剪碎放在试管中，加入之前配制好的硫酸溶液，搅拌，使纤维素初步水解成无色粘稠液体，然后加少量水，边滴边搅拌，将烧杯放在70℃的水浴中加热5分钟，水解液变成亮棕色，取出，冷却，滴加2滴酚酞试液。用10％的NaOH溶液调整溶液的pH值，当溶液变成淡粉色时，用pH试纸测试。得到澄清滤液备用。

(3)银氨溶液的配制：取2％AgNO3溶液2mL于一支洁净的试管中，向试管中先加一滴5％的NaOH溶液，再滴加1：10的氨水。边滴边轻轻震荡试管至沉淀刚好消失。再滴一滴AgNO3溶液，如果出现浑浊，再滴半滴氨水．使溶液再变回澄清。

(4)银镜的生成：取刚刚制好的银氨溶液2m L于一支洁净的小试管中，滴15滴纤维素水解液，轻轻振荡试管使混合液均匀。把试管放在90~C的水浴中加热，2分钟后取出，观察银镜。

4参考文献

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题目：金属铜和铁腐蚀条件的探究

课程名称：中学化学实验探究

系别：化学系