1、7蔗糖水解速率常數的測定一.實驗目的：1 .測定蔗糖水溶液在H+催化下轉化反應的速度常數和半衰期2 .掌握旋光儀的使用。實驗原理:蔗糖水解反應式為:H：HC12H22O11H2OC6H12O6C6H12O6蔗糖葡萄糖 果糖H+是催化劑，如果無H+存在，反應速度極慢，此反應是二級反應。但由于反應時水是大量存在的，整個反應過程中水的濃度可近似為恒定，因此可視為準一級反應，反應速度方程如下：dCA 0-kC a式中Ca為t時刻的蔗糖濃度， 若令蔗糖起始濃度為Ca.odtk為反應速度常數。 （18-1）式積分得: ln 2ktCa(18-1)(18-2)由于蔗糖、葡萄糖和果糖都含有不對稱的碳原子，它們

2、都是旋光性物質，但它們的旋光能力各不相同，其中蔗糖右旋，比旋光度&D0=60.6;葡萄糖右旋，比旋光度&=52.5:果糖左旋，比旋光度上岑=-91.9二，所以隨著反應的進行，物質的旋光度不斷變化，由右旋逐漸變為左旋，故可利用體系在反應過程中旋光度的變化來量度反應的進程。旋光度的測量可使用旋光儀（見第2章常用儀器簡介2.6.旋光儀）。當樣品管長度，光波波長、溫度、溶劑等其他條件都不變時，溶液旋光度a與其中旋光性物質濃度C呈線性關系。s=KC（18-3）式中比例常數K與物質的旋光能力、溶劑性質、樣品管長度、溫度等有關。旋光度只有相對含義，它因實驗條件的不同會有很大的差異。物質的旋光能力可用比旋光度

3、來度量，比旋光度用下式表示：10：1C(18-4)式中：20為實驗時的溫度20C；D是指所用鈉光燈源D線，波長為589nm；a為測得的旋光度（單位：度）；1為樣品管的長度（單位：厘米）；C為濃度（單位：克/mL）。設反應初始時即t=0時，蔗糖的濃度為Ca,o,當時間為t時，蔗糖的濃度為Ca。則“0=K反Ca,o（t=0,蔗糖尚未水解）（18-5）ag=K生Ca,o（t=00,蔗糖完全轉化）（18-6）（18-5）、（18-6）式中K反和K生分別為反應物與生成物的比例系數。而當t=t時，5=K/a+K生（Ca,o-Ca）（18-7）由（18-5）、（18-6）、（18-7）式可以解得：（口。a=

4、CA,o（k反k生）（18-8）（ta=CA（k反一k生）（18-9）將（18-8）、（18-9）兩式彳t入（18-2）式，整理得：k_ig（t-aj=yt+ig（口0-口白（18-10）由（18-10）式可以看出，以皿-08）對1作圖為一直線，斜率m=_.k0-,可求得反應速度常數k,半衰期匕=蜉也可求得。k實驗步驟:1 .調節空氣恒溫箱溫度在25C,用蒸儲水校正旋光儀的零點，熟悉旋光儀的調節和讀數。2 .將蔗糖溶液、3.0molL-1HCI溶液、反應完畢液（為節省同學時間，相同的反應完畢液實驗室已準備好。方法是室溫下靜置24小時以上或于50c恒溫2個小時）分別置于錐形瓶中,放在已調節到25

5、C的恒溫槽中恒溫。3 .用移液管吸取已恒溫的10.00mL蔗糖溶液至干燥的錐形瓶中，再用另一支移液管吸取已恒溫的10.00mL3.0molL-1HCI溶液加入其中（HCI溶液流出一半時即按下秒表開始記時）。迅速混合均勻，并用少量此溶液沖洗10cm長的樣品管二次，然后將反應液充滿樣品管，蓋好蓋子并擦干樣品管外部，立即將樣品管放入旋光儀，調節至三分視界消失、暗度相等，先準確記下時間，再讀取此時的旋光度讀數。開始的20分鐘內每2分鐘測取一次讀數，此后隨著反應速度變慢，可將時間間隔逐漸適當放長，每35分鐘測取一次讀數，大約連續測量1.5小時，讀數間隔時間如較長，可暫時關閉光源。4 .如上法測定實驗溫度

6、下反應完畢液的旋光度注意事項：1 .樣品管通常有10厘米和20厘米兩種長度，一般選用10厘米長度的，這樣換算成比旋光度時較方便。但對于旋光能力較弱或溶液濃度太稀的樣品，需用20厘米長的樣品管。2 .旋光度受溫度的影響較敏感，一般來說，旋光度具有負的溫度系數，其間不存在簡單的線性關系，且隨物質的構型不同而異，但一般均在-（0.010.04）度-1之間，因此，在精密測定時必須用裝有恒溫水夾套的樣品管，恒溫水由超級恒溫槽循環控制。3 .樣品管的玻璃窗片是由光學玻璃制成的，用螺絲帽蓋及橡皮墊圈擰緊時,不能擰得過緊，以不漏水為限，否則，光學玻璃會受應力而產生一種附加的偏振作用，給測量造成誤差。4 .配制

7、蔗糖溶液前，應先將其經380K烘干。實驗結束時，應將樣品管洗凈，防止酸腐蝕樣品管蓋。同時，應將錐形瓶洗干凈再干燥，以免發生碳化。四.數據記錄與處理：實驗溫度25jC氣壓1atma“-2.25時間atat-(Xlg(at-a0)256：6.608.850.14446.458.70.36396.308.550.58186.158.40.610086.008.250.911565.808.050.13405.607.850.715525.257.50.317514.957.20.619504.807.050.722234.506.750.325194.156.40.428253.856.10.531

8、42P3.605.850.634203.255.50.93725；3.055.30.40592.604.850.945312.304.550.749381.703.950.654521.453.70.458231.153.40.762520.803.050.967040.502.750.471440.252.50.976360.002.250.88048-0.2520.61 .算各時間t的at-和lg(at-)數值，填入上表。2.lg(at-aQ對t作圖，由直線斜率求反應速度常數k,并計算半衰期t1/2。1.21.1.,.k.1.0lg(工t-：二)=一tlg(.工0-2.3030.90.80

9、.7a-t(g0.60.50.40.30.20.10.0 -020406080t/min由曲線可得其斜率為-0.00827,近而求出反應速率常數k=3.174X0-4s-1,ln25=2183sk思考與討論1 .本實驗中是否需要對每一個數據進行零點校正？2 .為什么t=0時，反應液的旋光度可以不測？是否可在測定第一個旋光度時開始計時？為什么？3 .在混合蔗糖溶液和HCl溶液時，可否把蔗糖溶液加入到HCl溶液中去？為什么？4 .本實驗中如果不把剩余反應液在恒溫槽中加熱2小時，則可以在室溫下放24小時后再測a8,兩種方法t不同，對測定速度常數k有無影響？通常說反應速度常數k要隨溫度而變化，采用2小

10、時的方法測定a是否會影響k的數值？五、思考題1、說出蔗糖溶液在酸性介質中水解反應的產物是什么？此反應為幾級反應?答案：C12H 22O11 H 2O H蔗糖C 6H 12O6 C6H 12H 6葡萄糖果糖準一級反應2、WZZ-2s數字式旋光儀的使用分為哪幾步?答案：.打開電源開關（POWER儀器左側工待5-10分鐘使鈉燈發光穩定。.打開光源開關（LIGHT儀器左側），開關指DC檔,此時鈉燈在直流電下點燃。.按測量”鍵，液晶顯示屏應有數字顯示。.清零.測量3、旋光管中的液體有氣泡是否會影響實驗數據？應如何操作？答案：會，若管中液體有微小氣泡，可將其趕至管一端的凸起部分。4、本實驗為什么可以通過測

11、定反應系統的旋光度來度量反應進程？答案：在本實驗中，蔗糖及其水解產物都具有旋光性，即能夠通過它們的旋光度來量度其濃度。蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以隨水解反應的進行，反應體系的旋光度會由右旋逐漸轉變為左旋，因此可以利用體系在反應過程中旋光度的改變來量度反應的進程。5、旋光法測定蔗糖水解反應的速率常數實驗分哪幾步？答案：.調節恒溫槽的溫度在30M.1C。.溶液配制與恒溫。.儀器零點校正。.測量（1）a的測定（2）a強測定6、反應開始時，為什么將鹽酸溶液倒入蔗糖溶液中，而不是相反？答案：因為將反應物蔗糖加入到大量HCl溶液時，由于H+的濃度高，反應速率大，一旦加入蔗糖則馬上會分解產生果糖和

12、葡萄糖，則在放出一半開始時，已經有一部分蔗糖產生了反應，記錄t時刻對應的旋光度已經不再準確，影響測量結果。反之，將HCl溶液加到蔗糖溶?中去，由于H+的濃度小，反應速率小，計時之前所進行的反應的量很小。7、%的測量時間是否正好為5,10,60分鐘？蔗糖水解過程中體系的旋光度增大還是減??？答案：不是，應在旋光度讀數穩定后，先記錄精確的反應時間，幾分幾秒，再讀旋光度。由于反應體系的旋光度會由右旋逐漸轉變為左旋，蔗糖水解過程中旋光度是在不斷減小。8、加入蔗糖中的蒸儲水的量有無限制？為什么？答案：有,不能加太多，因要移到25ml容量瓶。9、本實驗需測哪些物理量？“父是如何測得的？答案：本實驗需測不同時

13、刻的及口王：將剩余混合液置于50-60C的水浴中加熱30分鐘,以加速水解反應，然后冷卻至實驗溫度，測其旋光度，此值即可認為是“00。10、氫離子濃度對反應速率常數測定是否有影響？答案：有影響。因k值與溫度和催化劑的濃度有關。11、實驗中，為什么用蒸儲水來校正旋光儀的零點？答案：主要是因為蔗糖溶液以蒸儲水作溶劑，這樣就消除了溶劑時實驗結果的影響。故用純蒸儲水作零點校正。且蒸儲水沒有旋光性，其旋光度為零。12、實驗結束后為什么必須將旋光管洗凈？答案：防止酸對旋光管的腐蝕。13、記錄反應開始的時間遲點或早點是否影響k值的測定？答案：不影響。因k值與溫度和催化劑的濃度有關，與時間無關。14、在測定a啊

14、，通過加熱使反應速度加快轉化完全，加熱溫度能否超過60C?為什么？答案：a速測量過程中，剩余反應混合液加熱溫度不宜過高以5055c為宜，否則有副反應發生，溶液變黃。因為蔗糖是由葡萄糖的昔羥基與果糖的昔羥基之間縮合而成的二糖。在H+離子催化下，除了昔鍵斷裂進行轉化外，由于高溫還有脫水反應，這就會影響測量結果。15、蔗糖水解反應速率常數和哪些因素有關？答案：對指定的反應，速率常數和反應溫度、催化劑有關。16、在旋光度的測量中為什么要對零點進行校正？它對旋光度的精確測量有什么影響？在本實驗中若不進行零點校正對結果是否有影響？答案：(1)旋光儀由于長時間使用，精度和靈敏度變差，故需要對零點進行校正。(

15、2)若不進行零點校正，則各個時間所的的溶液的旋光度存在偏差，若不校正會使測量值的精確度變差，甚至產生較大的誤差。本實驗數據處理時，用旋光度的差值進行作圖和計算，以1n(%對t作圖，故若不進行零點較正，只是a值不準確，但并不影響其差值，對k的結果無影響。17、配置蔗糖和鹽酸溶液濃度不夠準確，對測量結果是否有影響？答案：當蔗糖的濃度不準確時，對反應速率常數的測量結果無影響。當HC1溶液濃度不準確時，對反應速率常數的測量結果有影響。18、蔗糖水解實驗中為什么不用濃硫酸和稀硝酸，而用鹽酸？答案：濃硫酸有脫水性(會使蔗糖脫水變成碳)和強氧化性，濃稀硝酸都有強氧化性,所以不能使用(蔗糖水解生成的葡萄糖和果

16、糖具有還原性)。19、為什么配蔗糖溶液可以用粗天平稱量？答案：本實驗通過測at來求得k,k與反應物濃度無關，不同at對應于不同的濃度值，無須知道它的準確濃度，所以配置蔗糖溶液可以用粗天平稱量。20、旋緊旋光管的套蓋時，用力過大會影響測量結果嗎？答案：會，若用力過大，易壓碎玻璃蓋片，或使玻璃片產生應力，影響旋光度。WXG-4圓盤旋光儀使用說明操作規程：?準備工作(1)先把待測溶液配好，并加以穩定和沉淀。(2)把待測溶液裝入旋光管中待測。但應注意旋光管兩端螺旋不能旋的太緊(一般以隨手旋緊不漏水為止)，以免護玻片產生應力而引起視場亮度發生變化，影響測定準確度，并將兩端殘液擦試干凈。(3)接通電源，預熱20min,待完全發出鈉黃光后，才可觀察使用。(4)檢驗度盤零度是否正確，如不正確，可旋松度盤四只連接螺釘、轉動盤殼進行校正(只能校正0.5。以下)，或把誤差值在測量過程中加減去。?測定工作(1)打開盒蓋，把旋光管放入鏡筒中測定，并應把盒蓋蓋上，將旋光管有圓泡的一端朝上，以便把氣泡存