旋光法测定蔗糖反应的转化速率常数

1、旋光法测定蔗糖反应的转化速率常数一、实验目的 1.了解蔗糖转化反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。 2.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 3.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。 二、预习要求 1.掌握旋光度与蔗糖转化反应速率常数的关系。 2.掌握t与的测定方法。 3.了解旋光仪的构造及使用方法。三、实验原理 蔗糖转化反应为: C12H22O11+H2O C6H12O6 + 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，此反应可视为假一

2、级反应。其动力学方程为 (1) 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) 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)   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

3、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) 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(kg·m-3)。 由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度与浓度C成正比。即: (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20D=66.6°。产物中葡萄糖也是右旋性物质，

4、其比旋光度20D=52.5°；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度20D=-91.9°。因此，随着水解反应的进行，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: (表示蔗糖未转化) (6) (表示蔗糖已完全转化) (7) 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。 (8) 由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得: (9) (10) 将(9)、(10)两式代入(2)式即得: (11) 由(11)式可见，以ln(t-)对t作图为一直线，由该直线

5、的斜率即可求得反应速率常数k。进而可求得半衰期t1/2。四、仪器与药品 1.仪器 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;移液管(30mL)2只;带塞三角瓶(100mL)2只。 2.药品 HCl溶液(4mol·dm-3);蔗糖(分析纯)。 五、实验步骤 1.将恒温槽调节到(25.0±0.1)恒温，然后在恒温旋光管中接上恒温水。 2.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，

6、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。 3.蔗糖水解过程中t的测定 用台称称取10g蔗糖，放入100mL烧杯中，加入50mL蒸馏水配成溶液(若溶液混浊则需过滤)。用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中。移取30mL4mol·dm-3HCl溶 液于另一100mL带塞三角瓶中。一起放入恒温槽内，恒温10min。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

7、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。每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每3min读一次，30min后，每5min读一次。测定1h。 4.的测定将步骤3剩余的混合液置于近60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，此值可认为是。       5.将恒温槽调到(30.0±0.1)恒温，按实验步骤3、4测定30.0时的t及。       6.本实验也可采用自动旋光仪进行测定，其操作步骤与本实验相同。自动旋光仪的使用 方法见

8、第部分第五章光学测量技术及仪器。 六、注意事项 1.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。     2.测定时，通过加热使反应速度加快转化完全。但加热温度不超过60。     3.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。 4.旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时应熄灭，以免损坏。 七、数据处理 1.将实验数据记录于下表: 反应时间 t t- ln(t-)           温度: ;盐酸浓度： ;:     2.以ln(t-)对t作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k。 3.计算蔗糖