1、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： 612612212 OHCOHC 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：（18-AkCdt1）式中 CA 为 t 时刻的蔗糖浓度， 为反应速度常数。k若令蔗糖起始浓度为 CA.0， （18-1 ）式积分得：（18-tA0,ln2）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
2、光能力各不相同，其中蔗糖右旋，比旋光度 ，葡萄糖右旋，6.02D比旋光度 ，果糖左旋，比旋光度 ，所以随着反应的进行，5.20D9.120D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 与其中旋光性物质浓度 C 呈线性关系。（18-KC3） 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
3、下式表示：（18-lCD1024）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；为测得的旋光度（单位：度） ； 为样品管的长度（单位：厘米） ；C 为浓度l（单位：克/mL） 。设反应初始时即 t=0 时，蔗糖的浓度为 CA，O ，当时间为 t 时，蔗糖的浓度为 CA 。则（t=0 ，蔗糖尚未水解） OAK,0反(18-5)（t=，蔗糖完全转化) ,生(18-6)(18-5)、 （18-6）式中 和 分别为反应物与生成物的比例系数。反 生而当 t=t 时，（18-）（生反 AOAt CK,7）由（18-5 ） 、 （18-6 ） 、 （18-7 ）式可以解
4、得：（18-8)）（）（ 生反 kA,0（18-9）（）（ 生反Ct将（18-8 ） 、 （18-9 ）两式代入（18-2）式，整理得：（18-)lg(30.2)lg( 0tt10）由（18-10 ）式可以看出，以 lg( t- )对 t 作图为一直线，斜率 ，可30.2km求得反应速度常数 k，半衰期 也可求得。k2ln1三实验步骤：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、3.0molL-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
5、，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 molL-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 35 分钟测取一次读数，大约连续测量 1.5 小时，读数间隔时间
6、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 。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-（0.010.04）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
7、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_ _ -2.25 _时间 t t- lg ( t- )256 6.60 8.85 0.946943271444 6.45 8.7 0.939519253639 6.30 8.55 0.931966115818 6.15 8.4 0.9242792861008 6.00 8.25 0.9164539491156 5.80 8.05 0.905795881340 5.
8、60 7.85 0.8948696571552 5.25 7.5 0.8750612631751 4.95 7.2 0.8573324961950 4.80 7.05 0.8481891172223 4.50 6.75 0.8293037732519 4.15 6.4 0.8061799742825 3.85 6.1 0.7853298353142 3.60 5.85 0.7671558663420 3.25 5.5 0.7403626893725 3.05 5.3 0.724275874059 2.60 4.85 0.6857417394531 2.30 4.55 0.65801139749
9、38 1.70 3.95 0.5965970965452 1.45 3.7 0.5682017245823 1.15 3.4 0.5314789176252 0.80 3.05 0.4842998396704 0.50 2.75 0.4393326947144 0.25 2.5 0.3979400097636 0.00 2.25 0.3521825188048 -0.25 2 0.3010299961算各时间 t 的 t- 和 lg ( t- )数值，填入上表。2lg ( t- )对 t 作图，由直线斜率求反应速度常数 k，并计算半衰期 t1/2 。0 20 40 60 800.0.10.20
10、.30.40.50.60.70.80.91.01.1.2 )lg(30.2)lg(0tktlg (t-)t/min由曲线可得其斜率为-0.00827，近而求出反应速率常数 k=3.17410-4s-1, =2183skt2ln1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 ，两种方法 t 不同，对测定速度常数 k 有无影响？通
11、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 ，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： 准一级反应122612612HCOCOH 蔗 糖 葡 萄 糖 果 糖2、WZZ-2S 数字式旋光仪的使用分为哪几步？答案：.打开电源开关(POWER 仪器左侧), 待 5-10 分钟使钠灯发光稳定。.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。.按“测量”键,液晶显示屏应有数字显示。.清零 .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
12、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：.调节恒温槽的温度在 300.1。 .溶液配制与恒温。.仪器零点校正。.测量（1）t 的测定（2）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
13、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、 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t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
14、到 25ml 容量瓶。9、本实验需测哪些物理量？ 是如何测得的？答案：本实验需测不同时刻的 及 。：将剩余混合液置于 50-60的水浴中加热 30 分t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 。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 值与温度和催化剂的浓度有关。k11、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
15、否影响 值的测定？k答案：不影响。因 值与温度和催化剂的浓度有关，与时间无关。k14、在测定 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：的测量过程中，剩余反应混合液加热温度不宜过高以 5055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
16、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 对 t 作图，故ln()t若不进行零点较正，只是 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？
17、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
18、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。 注意事项： 1 、仪器应放在空气流通和温度适宜的地方，并不宜低放，以免光学零部件、偏振片受潮发霉及性能衰退。 2 、钠光灯使用时间不宜超过 4h 。 3 、旋光管使用后，应及时用水或蒸馏水冲洗干净，擦干藏好。 4 、镜片不能用不洁净或硬质布、纸去擦，以免镜片表面产生划痕。 5 、仪器不用时，应将仪器放入箱内或用塑料罩罩上，以免灰尘侵入。
