蔗糖水解速率常数的测定实验报告-Word整理

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 2ln 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 。

20

40

60

80

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 2ln 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：122211261266126

H 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？

答案：①.打开电源开关(POWER 仪器左侧),待5-10分钟使钠灯发光稳定。

②.打开光源开关(LIGHT 仪器左侧),开关指DC 档,此时钠灯在直流电下点燃。 ③.按“测量”键,液晶显示屏应有数字显示。④.清零 ⑤.测量

3、旋光管中的液体有气泡是否会影响实验数据？应如何操作？

答案：会，若管中液体有微小气泡，可将其赶至管一端的凸起部分。 4、本实验为什么可以通过测定反应系统的旋光度来度量反应进程？

答案：在本实验中，蔗糖及其水解产物都具有旋光性，即能够通过它们的旋光度来量

度其浓度。蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以随水解反应的进行，反应体系的旋光度会由右旋逐渐转变为左旋，因此可以利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。

5、旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数实验分哪几步？

答案：①.调节恒温槽的温度在30±0.1℃。 ②.溶液配制与恒温。③.仪器零点校正。

④.测量（1）αt 的测定（2）α∞的测定

6、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？

答案：因为将反应物蔗糖加入到大量HCl 溶液时，由于H +的浓度高，反应速率大，一

旦加入蔗糖则马上会分解产生果糖和葡萄糖，则在放出一半开始时，已经有一部分蔗糖产生了反应，记录t 时刻对应的旋光度已经不再准确，影响测量结果。反之，将HCl 溶液加到蔗糖溶液中去，由于H +的浓度小，反应速率小，计时之前所进行的反应的量很小。

7、

αt

的测量时间是否正好为5， 10，…60分钟? 蔗糖水解过程中体系的旋光度增大还是

减小？

答案：不是，应在旋光度读数稳定后，先记录精确的反应时间，几分几秒，再读旋光度。由于反应体系的旋光度会由右旋逐渐转变为左旋，蔗糖水解过程中旋光度是在不断减小。

8、加入蔗糖中的蒸馏水的量有无限制？为什么？

答案：有,不能加太多,因要移到25ml 容量瓶。 9、本实验需测哪些物理量？

α∞

是如何测得的？

答案：本实验需测不同时刻的αt 及α∞。：将剩余混合液置于50-60℃的水浴中加热30分钟，以加速水解反应，然后冷却至实验温度，测其旋光度，此值即可认为是α∞

。

10、氢离子浓度对反应速率常数测定是否有影响？

答案：有影响。因 k 值与温度和催化剂的浓度有关。 11、实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点?

答案：主要是因为蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂，这样就消除了溶剂时实验结果的影响。

故用纯蒸馏水作零点校正。且蒸馏水没有旋光性，其旋光度为零。

12、实验结束后为什么必须将旋光管洗净？

答案：防止酸对旋光管的腐蚀。

13、记录反应开始的时间迟点或早点是否影响k 值的测定？

答案：不影响。因 k 值与温度和催化剂的浓度有关，与时间无关。

14、在测定α∞时，通过加热使反应速度加快转化完全，加热温度能否超过60℃？为什么？ 答案：α∞的测量过程中，剩余反应混合液加热温度不宜过高以50～55℃为宜，否则有副反应发生，溶液变黄。因为蔗糖是由葡萄糖的苷羟基与果糖的苷羟基之间缩合而成的二糖。在H+离子催化下，除了苷键断裂进行转化外，由于高温还有脱水反应，这就会影响测量结果。

15、蔗糖水解反应速率常数和哪些因素有关？

答案：对指定的反应， 速率常数和反应温度、催化剂有关。

16、在旋光度的测量中为什么要对零点进行校正？它对旋光度的精确测量有什么影响？在本实验中若不进行零点校正对结果是否有影响？

答案：（1）旋光仪由于长时间使用，精度和灵敏度变差，故需要对零点进行校正。

（2）若不进行零点校正，则各个时间所的的溶液的旋光度存在偏差，若不校正会使测量值的精确度变差，甚至产生较大的误差。

本实验数据处理时，用旋光度的差值进行作图和计算，以ln()

t

αα

∞

-

对t作图，故若

不进行零点较正，只是α值不准确，但并不影响其差值，对k的结果无影响。

17、配置蔗糖和盐酸溶液浓度不够准确，对测量结果是否有影响？

答案：当蔗糖的浓度不准确时，对反应速率常数的测量结果无影响。当HCl溶液浓度不准确时，对反应速率常数的测量结果有影响。

18、蔗糖水解实验中为什么不用浓硫酸和稀硝酸，而用盐酸？

答案：浓硫酸有脱水性（会使蔗糖脱水变成碳）和强氧化性，浓稀硝酸都有强氧化性，所以不能使用（蔗糖水解生成的葡萄糖和果糖具有还原性）。

19、为什么配蔗糖溶液可以用粗天平称量？

答案：本实验通过测at来求得k, k与反应物浓度无关，不同at对应于不同的浓度值，无须知道它的准确浓度，所以配置蔗糖溶液可以用粗天平称量。

20、旋紧旋光管的套盖时，用力过大会影响测量结果吗？

答案：会，若用力过大，易压碎玻璃盖片，或使玻璃片产生应力，影响旋光度。

WXG-4 圆盘旋光仪使用说明

操作规程：

?准备工作

(1) 先把待测溶液配好，并加以稳定和沉淀。

(2) 把待测溶液装入旋光管中待测。但应注意旋光管两端螺旋不能旋的太紧（一般以随手旋紧不漏水为止），以免护玻片产生应力而引起视场亮度发生变化，影响测定准确度，并将两端残液擦试干净。

(3) 接通电源，预热20min ，待完全发出钠黄光后，才可观察使用。

(4) 检验度盘零度是否正确，如不正确，可旋松度盘四只连接螺钉、转动盘壳进行校正（只能校正0.5 。以下），或把误差值在测量过程中加减去。

?测定工作

(1) 打开盒盖，把旋光管放入镜筒中测定，并应把盒盖盖上，将旋光管有圆泡的一端朝上，以便把气泡存入，不致影响观察和测定。

(2) 调节视度螺旋至视场中三分视界清晰为止。

(3) 转动度盘手轮，至视场亮度相一致（暗视场）时止。

(4) 从放大镜中读出度盘所旋转的角度。

(5) 利用公式求出物质的比重、纯度、浓度与含量。