1、1蔗糖的转化1319 班 张柳君 201340176【实验目的】1. 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。2. 了解旋光仪的构造、工作原理，掌握旋光仪的使用方法。【实验原理】蔗糖转化反应为： C 12H22O11 + H2O C 6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 为使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。由于反应中水是大量的，可以认为整个反应中水的浓度基本是恒定的。而 H 是催化剂，其浓度也是固定的。所以，此反应可视为准一级反应。其动力学方程为 (1) kCdt式中， k 为反应速率常数； C 为时间 t 时的反应物浓度。 将(1)式积分得： (2) 0ln
2、l式中， C0为反应物的初始浓度。 当 C=1/2C0时， t 可用 t1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得： (3) kt693.2ln/1蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示：(4)lCtD式中， t 为实验温度()； D 为光源波长； 为旋光度； l 为液层厚度(m)； C 为浓度(kgm -3)。 由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度 与浓度
3、C 成正比。即： 2 KC (5)式中的 K 是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度 20 D=66.6。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度 =52.5；而产物中20 D的果糖则是左旋性物质，其比旋光度 =-91.9。因此，随着水解反应的进20 D行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为 0， t，时溶液的旋光度分别用 0， t， 表示。则： 0 K 反 C0 (表示蔗糖未转化) (6) K 生 C0 (表示蔗糖已完全转化) (7
4、)式(6)、(7)中的 K 反 和 K 生 分别为对应反应物与产物之比例常数。 t K 反 C K 生 （ C0 C） (8)由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得： (9)00生反(10)ttKC生反将(9)、(10)两式代入(2)式即得： (11) 0lnlnktt由(11)式可见，以 ln( t )对 t 作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反应速率常数 k。进而可求得半衰期 t1/2。根据阿累尼乌斯公式 ，可求出蔗糖转化反应的活化能 Ea。2112)(lnTREka【仪器试剂】旋光仪 1 台；恒温旋光管 1 只；恒温槽 1 套；台称 1 台；停表 1 块；烧杯(100mL)1 个；移
5、液管(30mL)2 只；带塞三角瓶(100mL)2 只。HCl 溶液(4 或 2moldm-3)；蔗糖(分析纯)。3【实验步骤】1. 旋光仪零点的校正 洗净恒温旋光管，将管子一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，把玻璃片盖好，使管内无气泡（或小气泡）存在。再旋紧套盖，勿使漏水。用吸水纸擦净旋光管，再用擦镜纸将管两端的玻璃片擦净。放入旋光仪中盖上槽盖，打开光源，调节目镜使视野清晰，然后旋转检偏镜至观察到的三分视野最暗且暗度相等为止，记下检偏镜之旋转角 ，重复操作三次，取其平均值，即为旋光仪的零点。2. 蔗糖水解过程中 t的测定 用移液管取 30mL 蔗糖溶液置于 100mL 带塞三角瓶中。移取 30
6、mL2moldm-3HCl 溶液于另一 100mL 带塞三角瓶中。取出两只三角瓶，将 HCl 迅速倒入蔗糖中，来回倒三次，使之充分混合。并且在加入 HCl 时开始记时，将混合液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同)。装好擦净立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。测量不同时间t 时溶液的旋光度 t。测定时要迅速准确，当将三分视野暗度调节相同后，先记下时间，再读取旋光度。每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每 2min读一次，30min 后，每 5min 读一次。测定 1h。3. t的测定：将步骤 3 剩余的混合液置于近 55的水浴中，恒温 30min 以加速反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测定其旋光度
7、，此值即为 t。【注意事项】 装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。 在测定 时，通过加热使反应速度加快转化完全。但加热温度不要超过55，加热过程要防止溶剂挥发，溶液浓度变化。 由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管洗净。 旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时应关闭几 min，下一次测量前 5min 开启使光源稳定，以免损坏。【数据处理】1. 将实验数据记录于下表：41、列出 t- t 表，并作出相应 t- t 图t at t -Ln（ t - ）7 7.432 -3.826 11.258 2.4218 6.8
8、08 -3.826 10.634 2.3649 6.206 -3.826 10.032 2.30610 5.624 -3.826 9.45 2.24611 5.09 -3.826 8.916 2.18812 4.608 -3.826 8.434 2.13214 3.72 -3.826 7.546 2.02116 2.936 -3.826 6.762 1.91118 2.224 -3.826 6.05 1.80020 1.604 -3.826 5.43 1.69222 1.108 -3.826 4.934 1.59627 -0.16 -3.826 3.666 1.29932 -1.01 -3.8
9、26 2.816 1.03537 -1.762 -3.826 2.064 0.72542 -2.278 -3.826 1.548 0.4372. 以 ln( t )对 t 作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数 k。5由图知：直线斜率为 0.0562，所以 k=0.129 3. 计算蔗糖转化反应的半衰期 t1/2。t1/2=0.693/0.129=5.37【实验讨论】1. 测定旋光度有以下几种用途：（1）鉴定物质的纯度；（2）决定物质在溶液中的浓度或含量；（3）测定溶液的密度；（4）光学异构体的鉴别等。2. 古根哈姆（Guggenheim）曾经推出了不需测定反应终了浓度（本实验中即为 ）就能够
10、计算一级反应速率常数 k 的方法，他的出发点是因为一级反应在时间 t 与 t t 时反应的浓度 c 及 c可分别表示为：c c0e ktc0为起始浓度；c =c0e-k（ t+ t）由此得 ln（ c c）= ktln c0（1 e-kt），因此如果能在一定的时间间隔 t 测得一系列数据，则因为 t 为定值，所以 ln（ c c）对 t 作图，即可由直线的斜率求出 k。【实验成败的关键】1 速率常数 k 与 H+浓度有关，所以酸的浓度必须精确。2 温度对 K 的影响不能忽视，为此实验过程应尽可能保持恒温。3 蔗糖溶液的浓度可粗略配制，因为蔗糖溶液的浓度不影响速率常数，且我6们是测旋光度来测量速
11、率常数。【思考题】1、实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点？在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度 是否需要零点校正？为什么？答：(1)因为水是非旋光性物质，其旋光度为 0。(2)不需要。因为作 图时， 已将零点抵消掉了，因此不作零点校正，对计算反应速度常数无任何影响。2、蔗糖溶液为什么可粗略配制？答：因该反应为(准) 一级反应，只需作 图，根据斜率便可求其反应速率常数 k，并且该反应的半衰期与起始浓度无关，故蔗糖溶液可粗略配制。3、蔗糖的转化速率常数 k 与哪些因素有关？答：温度，催化剂种类、浓度。4、试分析本实验误差来源？怎样减少实验误差？答：（1）光源波长，须恒定。（2）温度，应等温度恒定后在开始实验测量。（3）操作误差，为减少误差，玻璃片应擦净，旋光管中不能有气泡，两次测量之间务必将旋光管洗净并润洗。
