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蔗糖水解反应速率常数的测定一．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；（2）了解该反应的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，掌握旋光仪的使用方法。二．实验原理蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，反应式如下：C12H22O11+H2O→C6H12O6+C6H12O6(1)（蔗糖，右旋）（葡萄糖，右旋）（果糖，左旋）为使水解反应加速，常以H+为催化剂，故在酸性介质中进行。此反应的速度与蔗糖浓度、水浓度和催化剂H+浓度。因此反应中水大量存在，且在终点时仍有水，故此反应可视为一级反应，动力学方程为：－dcdt=kc积分后得：lnc0ct=kt或lnct=－kt+lnc0(2)式中，c0为反应开始的浓度，c为时间t的蔗糖浓度，k为水解反应时的速度常数。从（2）式可看出在不同的时间测定反应物的农地，并以lnct对t作图得一直线，由直线斜率即可求出反应速率常数k。由于蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，偏振面的转移角度称为旋光度，以α表示。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源波长及反应时的温度等因素有关。当其他条件固定时，旋光度α与反应物浓度c呈线性关系：α=βc（3）式中β与物质的旋光能力、溶液厚度、溶剂性质、光源波长、反应温度等有关系的常数。物质的旋光能力用比旋光度【α】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：【α蔗】D20℃=66.65°，【α葡】D20℃=52.5°，【α果】D20℃=－91.9°(4)正值右旋，负值左旋，D：钠光灯源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。若以α0，αt，α∞分别为反应时间0，t，∞时溶液的旋光度，则可到处：c0∝（α0－α∞），ct∝(αt－α∞)(5)上式中ln（αt－α∞）对t作图，所得直线的斜率即可求得反应速度常数k。一级反应式的半衰期则用下式求取：t1/2=ln2k=0.693k三．仪器和试剂旋光计（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、2mol/LHCl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25mLHCl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，待钠光灯稳定后，开启测量开关，光频显示值应为00.000，若显示值不为00.000，可按清零键使其归零。3.蔗糖水解过程中αt的测定用移液管取25mL蔗糖溶液，50mL2mol/LHCl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10~15mi，待恒温后，取25mL2mol/L的HCL溶液加到盛有蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCl溶液加入到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），不断震荡摇动锥形瓶，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），檫洗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时读取第一个数据，第5min是读取第二个数据，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.α∞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60~70℃水浴内恒温60min以上，使其加速反应至完全，然后取出，冷却至水浴温度，测其旋光度，此值即可认为是α∞五.数据记录与处理反应温度：35℃蔗糖浓度：200g/L盐酸浓度：2mol/Lt/min251015202530354045∞αt9.9157.693.9551.4950-0.965-1.58-1.94-2.18-2.26-2.360αt-α∞12.27510.056.3153.8552.361.3950.780.420.180.1ln（αt-α∞）2.507562.307571.842931.349370.858660.33289-0.24846-0.86750-1.71480-2.30259分析：t=5min时测量的αt=7.690αt-α∞=7.690–(-2.360)=10.050ln（αt-α∞）=ln(10.050)=2.3075705101520253035404550-3-2-10123ln(at-a∞)t/minY=-0.1121x+2.9521𝑅2=0.9907由上图可知﹣k=-0.1121，故K=0.1121由半衰期计算公式2/1t=㏑2/k＝0.693/k得2/1t=0.693/0.1121=6.18min六．思考题（1）蔗糖溶液为什么可以粗略配制？答：因为蔗糖的初始浓度对实验测定结果没有影响（2）蔗糖的转化速度和哪些因素有关？答：蔗糖的转化速度与盐酸的浓度、蔗糖溶液的浓度、温度等有关（3）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：因为盐酸溶液稀释的时候会放出大量的热y=-0.1121x+2.9521R²=0.9907-3.00000-2.00000-1.000000.000001.000002.000003.0000001020304050作图