1、物理化学实验报告 实验名称： 蔗糖的转化 学 号： 班 级： 姓 名： 实验日期： 一、实验目的 1. 利用物理分析法（借旋光度改变）测定蔗糖水解反应速率常数 k 及半衰 期 t1/2。 2. 掌握影响反应速率与反应速率常数的诸多因素。 3. 熟悉旋光仪的基本原理及使用方法。 2、实验原理 蔗糖水解反应的计量方程式为： C12H22O11+H2O = C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖葡萄糖果糖 蔗糖水解速率极慢，在酸性介质中反应速率大大加快，故 H3O+为催化剂。 反应中，H 2O 是大量的，反应前后与溶质浓度相比，看成它的浓度不变，故蔗 糖水解反应可看做一级反应。其动力学方程式如下：
2、 =K1C 积分式为：ln =K1t dtc CO K1 = ln 或 K= lg 反应的半衰期 = （1）tOt30.2O2/1tkln K1：速率常数 t：时间 Co：蔗糖初始浓度 C：蔗糖在 t 时刻的浓度 可见一级反应的半衰期只决定于反应速率常数 K，而与反应物起始浓度无 关。若测得反应在不同时刻时蔗糖的浓度，代入上述动力学的公式中，即可求 出 K 和 。2/1t 测定反应物在不同时刻浓度可用化学法和物理法，本实验采用物理法即测 定反应系统旋光度的变化。蔗糖及其水解产物均为旋光性物质，蔗糖是右旋的， 但水解后的混合物葡萄糖和果糖则为左旋，这是因为左旋的果糖比右旋的葡萄 糖旋光度稍大的缘
3、故。因此，当蔗糖开始水解后，随着时间增长，溶液的右旋 光度渐小，逐渐变为左旋，即随着蔗糖浓度减小，溶渡的旋光度在改变。因此， 借助反应系统旋光度的测定，可以测定蔗糖水解的速率。 所谓旋光度，指一束偏振光，通过有旋光性物质的溶液时，使偏振光振动 面旋转某一角度的性质。其旋转角度称为旋光度（ ） 。使偏振光按顺时针方向 旋转的物质称为右旋物质， 为正值，反之称为左旋物质， 为负值。物质的 旋光度，除决定于物质本性外，还与温度、浓度、液层厚度、光源波长等因素 有关。当蔗糖水解反应进行时，右旋角度不断减小，当反应终了时，系统经过 零度变为左旋。蔗糖水解反应中，反应物与生成物都具有旋光性，旋光度与浓 度
4、成正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和（有加和性） 。 当反应进行到某一时刻，体系的旋光度进过零点，然后左旋角不断增加。 当蔗糖完全转化时，左旋角达到最大值 。设蔗糖尚未转化时，体系最初的旋 光度为 0=K 反 C0，体系最终的旋光度为 =K 生 C0。K 反 ，K 生 分别为反应物 与生成物的比例系数，C 0 为反应物的初始浓度，也是生成物的最后浓度，当反 应时间为 t,蔗糖的浓度为 C，旋光度为 t。 t=K 反 C+K 生 (C0-C)。 C0=C=K（ 0- ） ，C-C =K（ t- ） C0=K（ 0- ） ，C=K（ t- ） = =k1tcoaKt0lnt 若以 ln（a t
5、- a）t 作图，得一直线，由直线斜率可求出速率常数 k1。根据 （1）式可求反应的半衰期。 三、实验仪器和试剂 实验仪器：旋光仪，停表，恒温水浴一套，移液管（50mL） ，磨口锥形瓶 （100mL） ，烧杯（100mL） ，台秤，洗耳球。 实验试剂：蔗糖（A.R） ，盐酸（3molL -1,，A.R） 。 四、实验步骤 一、旋光仪的校正 1、了解和熟悉旋光仪的构造和使用方法。 2、开启水浴恒温的电源开关，并将水浴温度槽的温度控制在 60。 3、旋光仪零点的校正蒸馏水为非旋光物质，可用它校正仪器的零点。将旋 光管的一端盖子旋紧，由其另一端加入蒸馏水，然后旋紧套盖，但不要过紧， 以不漏水为准。如
6、果管中有气泡，可将气泡导入旋光管粗肚部分。用滤纸将旋 光管外部擦干。旋光管两端的玻璃片可用镜头纸擦净。打开光源，把旋光管放 入旋光仪内，调整目镜焦距使视野清楚。然后旋转检偏镜至视野中所观察到明 暗相等的三分视野为止。记下检偏镜之旋转角，重复几次，取平均值。此值为 仪器的零点。 二、测定 1、配制蔗糖溶液：用天平称取 10g 蔗糖放入烧杯内，加少量蒸馏水溶解后 转移到 50mL 容量瓶中，稀释至刻度。 2、旋光度的测定：将 50mL 配置好的蔗糖溶液，置于干净的锥形瓶中，再 用 50mL 移液管吸取 3moLL-1HCL 注入蔗糖溶液中。当盐酸溶液流出一半时， 开始计时（作为反应开始的时间） 。
7、HCL 全加入后混合均匀，迅速用少量的混 合溶液洗旋光管两次，然后将反应液加入旋光管内，测量各时间的旋光度（操 作必须迅速） ，先记录时间，再度旋光度。 反应开始时，反应速录较快，前 15 分钟每两分钟测一次，以后反应速率变 慢，每次测量的时间间隔适当延长 10 分钟，从而反应大约连续测量 100 分钟 （1 小时后 15 分钟测一次） 。 3、 的测定 在上述测定开始后同时将装有所剩余反应混合液的磨口锥形瓶放在 5060 的水浴中反应 0.51 小时。然后冷却至试验温度，则其旋光度即为 水浴温 度不可过高，锥形瓶不要浸的太深，要盖好瓶塞。试验结束后洗净样品管。 5、数据记录与处理 实验温度：
8、25.5 盐酸浓度：2 mol.L -1 ： -2.60 计时 时间 （min） tt - lg（ t- ） 1 0 2 5.013 12.40 15.00 1.176 3 7.013 11.70 14.30 1.155 4 9.013 10.08 12.68 1.103 5 11.013 9.96 12.56 1.099 6 13.016 9.90 12.50 1.097 7 15.013 9.85 12.45 1.095 8 17.013 9.67 12.27 1.089 9 27.013 7.70 10.30 1.013 10 37.013 6.10 8.70 0.940 11 47.0
9、13 4.80 7.40 0.869 12 57.013 3.00 5.60 0.748 13 72.013 -1.60 1.00 0 以上数据以 lg（ t- ）为纵坐标，以 t 为横坐标作图，从而算出 k 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 时 间 /min lg（ t- ） 由图可以得：k= -0.013 反应的半衰期： =ln2/k=0.6931/0.013=53.32 min2/1t 6、实验讨论 1、实验中所测的旋光度 t 为什么不必零点校正？ 答：主要是因为蒸馏水没有旋光性，其旋光度为零，其次是因为它无色透 明，方便可得，化学性质较为稳定。蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂，蔗糖转化反应 过程中，无须再作零点校正，因都以蒸馏水作校正，只需校正一次。 2、蔗糖为什么可用上粗天平称量? 答：蔗糖水解为一级反应,反应物起始浓度不影响反应速度常数，又因为蔗糖浓 度大用量较多，量值的有效数字位数较多，故不需要精确称量，只要用上粗天 平称量就可以了。
