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蔗糖水解反应速率常数的测定

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1、蔗糖水解反应速率常数的测定之实验报告实验报告人；实验日期：一、实验目的（1）根据物质的旋光性质研究蔗糖水解反应，测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期；了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。二、实验原理蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应方程式为CHO+HO +CHO+CHO12 12 11 2 6 12 6 6 12 6 （蔗糖，右旋）（葡萄糖，右旋）（果糖，左旋）为使水解反应加速，反应常常以H+为催化剂，故在酸性介质中进行。此反应的反应速率与蔗糖的浓度、水的浓度以及催化剂H+的浓度有关。在催化剂H+浓度固定的条件下，这个反应是一个二级反应。但是，此反应中水大量存在，反应达到终点时，虽有部分水分子参加反应，但与溶质浓度相比可认为它的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，动力学方程式为de =kedt积分后得：ln 0 =kt 或 ln C = 一 kt + ln Cet0t式中，eo为反应开始时蔗糖的浓度；c为时间t时的蔗糖浓度，k为水解反应的速率常数。从式（2）可以看出，在不同的时间测定反应物的浓度，并以ln e对t作图，可

2、得一直线，t由直线斜率即可求出反应速率常数k。然而，由于反应是不断进行的，要快速分析出某一时刻反应物的浓度比较困难。但根据反应物蔗糖及其生成物都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同这一特点，可利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。蔗糖及其水解产物均为旋光物质，在反应进行过程中，若以一束偏振光通过溶液，则可观察到偏振面的转移。由于蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以偏振面将由右边旋向左边。偏振面的转移角度称为旋光度，以a表示。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质和种类、浓度、液层厚度、光源波长及反应时的温度等因素有关。当其他条件均固定时，旋光度a与反应物浓度c呈线性关系，即：a二Be式中，B是与物质的旋光能力、溶液厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关系的常数。物质的旋光能力用比旋光度a来表示。蔗糖是右旋性物质，葡萄糖也是右旋性物质，果糖是左旋性物质，它们的比旋光度为L 10（C =66.65 o , L 1 c =52.5 o , L I00 c =91.9 0 蔗D葡D果D正值表示右旋，负值表示左旋，D表示钠光灯源。可见，当水解反应进行时，右旋角不断减

3、小，当反应终了时，体系将经过零变成左旋。旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和（加和性）。若以Lo，lL分别为反应时间0, t，-时溶液的旋光度，则可导出:8C ( ( L L ) C ( ( L L )008tt8将式(4)代入式(2)可得:L -L、ln(L -L ) =kt+ln(L -L ) t808(5)ln 08 二kt 或L -Lt8上式中ln（L -L ）对t作图，从所得直线的斜率即可求得反应速率常数k。 t8一级反应的半衰期则用下式求取:6)ln 2 0.693t =1 k k2三、仪器和试器旋光计（带旋光管），超级恒温水浴，普通水浴锅，锥形瓶（100ml）,移液管（25ml）, 秒表；2molL-iHCl溶液，蔗糖。四、操作步骤1、实验准备（1）用台秤粗称蔗糖10g，放入锥形瓶中，准确移入50mL蒸馏水，搅拌，使蔗糖溶解备用。（2）将恒温水浴调节到25恒温（夏天适当调高，并可将反应溶液按50mL蔗糖溶液加 25ml 溶液配制），然后将旋光管口外套接上恒温水。2、旋光仪零点调节在旋光管中注入纯水，放入旋光仪暗箱中，开启旋光仪电源预热10min，待钠光

4、灯稳定后，开启测量开关，光屏显示值应为00.000，若示值不为00.000，可按清零键使其归零。3、蔗糖水解过程中L的测定t用移液管取25mL蔗糖溶液，50mL2molL-iHCl溶液，分别注入两个100mL干燥的锥形瓶中，并将此二锥形瓶同时置于恒温槽中恒温1015min,待恒温后，取 25mL2molL-1HCI溶液加热到盛有蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCI溶液加入一半时开动秒表作为反应的开始时间（注意：秒表一经启动，勿停，直至实验完毕），不断振荡挑动锥形瓶，迅速取少量混合液清洗旋光管2 次，然后以此混合液注满旋光管，盖好玻璃片，旋紧套盖（检查是否漏液，有气泡），擦净旋光管两端的玻璃片，立刻置于旋光仪中，盖上箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。反应开始第2min读取第一个数据，第5min时读取第二个数据，之后每5min读取一次数据，一直测量到旋光度为负值为止或一直做到反应90min为止。4、a的测定在进行第3步的同时，将步骤3中剩余的混合液置于6070C水浴内恒温60min以上，使其加速反应到完全，然后取出，冷却到水浴温度，测其旋光度，此值即可认为是a。g五、

5、数据处理反应温度：20C蔗糖浓度：200g / L盐酸浓度：2moI/Lt / min2510152025303540ooat7.0706.5005.7005.0554.2903.6903.0902.4901.970-2.755a - atg9.8259.2558.4557.8107.0456.4455.8455.2454.725ln(a -a )tg2.2852.2252.1352.0551.9521.8631.7661.6571.553 完成上表，用ln（a -a ）对t作图，由直线斜率求出反应速率常数k （直线斜率的相反 tg数即为速率常数k）。计算反应的半衰期1 。由上图可求得此直线斜率为-0.01769，则反应速率常数为 k=0.01769。则反应的半衰期 t =0.069320.01769=3.917。六、思考题（1）蔗糖溶液为什么可粗略配制？答：蔗糖本身就不纯净,即使准确称量也不可能配成标准溶液，又此反应对蔗糖为一级反应，利用实验数据求k时不需要知道蔗糖的初始浓度。2）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：如将蔗糖溶液加到盐酸溶液中，由于盐酸溶液浓度过在，会加快蔗糖水解，影响测量结果。（3）蔗糖的转化速度和哪些因素有关？答：与溶液的浓度和反应温度有关。

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