实验三、蔗糖水解反应速度常数的测定

蔗糖水解反应速度常数的测定一、实验目的二、实验原理三、药品仪器四、实验步骤五、实验记录六、数据处理七、注意事项八、思考题一、实验目的1.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期；2.了解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，掌握正确使用方法。二、实验原理蔗糖经酸性水解后，产生一分子葡萄糖和一分子果糖：蔗糖葡萄糖果糖

该反应在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水是大量存在的，尽管有部分参与了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的；而且H+是催化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖反应可看作为假一级反应。一级反应的速率方程为：式中：C为时间t时的反应物浓度，积分可得：式中：C0为反应开始时反应物浓度。k为反应速率常数。（1）

因为蔗糖及其转化产物都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度变化来度量反应进程。本实验通过测定反应液的旋光度来求得蔗糖水解反应的速率常数K和半衰期t1/2。

溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件均固定时，旋光度α与反应物浓度Ｃ呈线性关系，即：α=βC

式中：比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度及温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：

反应物蔗糖是右旋性物质，其比旋光度[α]D20=66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[α]D20=52.5o；但果糖是左旋性物质，其比旋光度[α]D20=-91.9o。

由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减少，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全水解，这时左旋角达到最大值α∞。设体系最初的旋光度为：（t=0，蔗糖尚未转化）当时间为t时，蔗糖浓度为C，此时旋光度为αt，即：体系最终的旋光度为：（t=∞，蔗糖已完全转化）（2）（3）（4）将(2)、(3)和(4)式代入(1)式即得：

显然，以ln(αt-α∞)对t作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数k。三、药品仪器1.旋光仪；2.旋光管；3.恒温槽；4.移液管、锥形瓶、5.烧杯、台秤、秒表；6.蔗糖(AR)、HCl(2.5mol/L)四、实验步骤开启恒温器旋光仪开关称取蔗糖配制盐酸调节温度仪器调零水解过程的旋光度测定完全水解的旋光度测定蔗糖盐酸恒温10分1.温度设定：调节恒温槽的温度为30℃。2.旋光仪零点校正：

旋光仪提前打开电源，预热10min，钠灯发光正常。用蒸馏水校正仪器的零点：蒸馏水为非旋光性物质，可用来校正仪器的零点（即α=0时，仪器对应的刻度）。洗净样品管，将样品管一端盖子打开，倒入蒸馏水，使液体成一突出液面，然后盖上玻璃片，此时管内不应有空气泡存在，再旋上套盖，使玻璃片紧贴旋光管，勿使漏水。但必须注意旋紧套盖时，不能用力过猛，以免压碎玻璃片，用滤纸擦干样品管，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦干净。将装有蒸馏水的旋光管放入旋光仪调目镜聚焦，使视野清晰；调检偏镜至三分视野暗度相等为止，记录游标（右边）刻度为检偏镜旋角，记录仪器零点。读数三次取平均值，即为零点，用来校正仪器的系统误差。

3.蔗糖水解过程中at的测定在烧杯中称取约14g蔗糖，然后加入70ml蒸馏水溶解，静置澄清，移取上层清夜50ml倒入150ml的磨口三角瓶中。用移液管吸取50ml2.5mol/L盐酸加入到50ml磨口三角瓶中。把两个三角瓶同时放入恒温槽中，恒温10分钟。10分钟后，把盐酸溶液倒入到蔗糖溶液中，加入一半时开始计时，全部加入后摇匀。（注意：秒表一经启动，勿停直至实验完毕）。迅速用反应混合液将样品管洗涤三次后，将反应混合液装满样品管，擦净后放入旋光仪，测定规定时间的旋光度。测得第一个数据时间应该为反应开始的前三分钟内。测量时先将三分视场调节到全暗，记录时间（注意时间要记录准确，以实际反应时间为准），后读数。反应开始的30min之内，每隔3分钟读数一次，30min后，由于反应物浓度降低反应速率变慢，可将每次测量时间间隔适当延长至5-10min，一直测定到旋光度为负值，并要测量4～5个负值为止。4.α∞的测定把剩余的水解反应液，在55℃条件下恒温50分钟，然后在实验温度恒温10min。测定完全水解的旋光度的值即a。五、实验数据记录实验日期：

；实验温度：

℃；旋光仪零点：

。αt的测定：最终旋光度α∞=

。

时间(min)旋光度αt六、数据处理1.计算αt-α∞和ln(αt-α∞)；2.作ln(αt-α∞)~t关系图；3.计算直线斜率k，反应速率常数k；4.求出半衰期t1/2；5.文献值。计算αt-α∞和ln(αt-α∞)的结果时间(min)αt-α∞ln(αt-α∞)文献值：温度和盐酸浓度对蔗糖水解速率常数K的影响HCl/mol·L-1K×103/min-1K×103/min-1K×103/min-125℃(298.15K)30℃(308.15K)35℃(318.15K)0.05020.41691.7386.2130.25122.2559.35535.860.41374.04317.0060.620.900011.1646.76148.81.21417.45575.97注：蔗糖溶液的浓度均为10%

活化能Ea=108kJ/mol七、注意事项：1.装液的样品管内不能有气泡，样品管密封好，勿漏液；2.样品管洗涤及装液时要保管好玻璃片和橡皮垫圈；3.配蔗糖溶液时要注意使蔗糖固体全部溶解，充分混均；4.测定α∞时，要注意被测样品在50~60℃条件但不能超过60℃，否则有副反应发生5.必须对旋光仪调零校正。八、思考题

1.在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，是将盐