实验七 蔗糖水解反应速度常数的测定

1、物理化学实验报告专业、班级： 10级制药工程 姓名： 学号： 指导教师： 实验成绩： 实验七 蔗糖水解反应速度常数的测定一、实验目的 1根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应速度常数。2了解旋光仪的基本原理、掌握使用方法。二、实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为：为使水解反应加速，反应常常以H3O+作催化剂，故在酸性介质中进行。水解反应中水是大量的，反应达终点时虽有部分水分子参加反应，但与溶质浓度相比可认为它的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，其动力学方程式为： （7-1）或 （7-2）式中：为反应开始时蔗糖的浓度，为时间时蔗糖的浓度。当时，可用表示，即为反应的半衰期。 （

2、7-3）上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速度常数而与反应物起始浓度无关，这是一级反应的一个特点。蔗糖及其水解产物均为旋光物质。当反应进行时，如以一束偏振光通过溶液则可观察到偏振面的转移。蔗糖是右旋的，水解的混合物中有左旋的，所以偏振面将由右边旋向左边。偏振面的转移角度称之为旋光度，以表示。因此可利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、液层厚度、光源的波长以及反应时的温度等因素有关。为了比较各种物质的旋光能力引入比旋光度这一概念并以下式表示 （7-4）式中，t为实验时的温度；D为所用光源的波长，为旋光度，l为液层厚度（常以10cm为单位

3、）；c为浓度（常用100mL溶液中溶有m克物质来表示），式可写成：或 （7-5）由（7-5）式可以看出，当其他条件不变时，旋光度与反应物浓度成正比，即 （7-6）式中K是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关系的常数。蔗糖是右旋性物质（比旋光度，产物中葡萄糖也是右旋性物质（比旋光度）果糖是左旋性物质（比旋光度），因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时体系变成左旋。因为上述蔗糖水解反应中，反应物与生成物都具有旋光性。旋光度与浓度成正比且溶液的旋光度为各组成旋光度之和（加合性）。若反应时间为0、t、时溶液的旋光度各为，则可导出： （7-7）可改写为 （7

4、-8）由（7-8）式可以看出如以对t作图可得一直线，由直线的斜率即可求得反应速度常数k。本实验就是用旋光仪测定值、通过作图由截距可得到。三、仪器和试剂旋光仪1台；停表1块；旋光管（带有恒温水外套）1支；恒温槽1套；容量瓶（50mL）1个；电子天平1台；锥形瓶（100mL）2个；移液管（25mL）2支；烧杯（100mL、500mL）各1个；2HCI溶液；蔗糖（分析纯）。四、操作步骤 图7.1 旋光管1 将恒温槽调节到 25 恒温，然后将旋光管的外套接上恒温水，如图 7.l 。 2蔗糖水解过程中的测定用移液管取25mL蔗糖溶液和25mL2HCI溶液分别注人两个100mL干燥的锥形瓶中，并将此二锥形

5、瓶同时置于恒温槽中恒温1015分钟。待恒温后将HCI溶液加到蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCI溶液加人一半时开动停表作为反应的开始时刻，不断振荡摇动，迅速取少量混合液清洗旋光管二次，然后将此混合液注满旋光管，盖好玻璃片旋紧套盖（检查是否漏气和是否有气泡），擦净旋光管两端玻璃片，立刻置于旋光仪中盖上槽盖。测量各时间t时溶液的旋光度，测定时要迅速准确。当三分视野暗度调节相同后，先记下时间再读取旋光度数值。可在测定第一个旋光度数值之后的4、6、8、10、20、30、40、50、60min各测一次。3的测定为了得到反应终了时的旋光度，将步骤3中的混合液保留好，48h后重新恒温观测其旋光度，此值即为。也

6、可将剩余的混合液置于60左右的水浴中温热30min，以加速水解反应，然后冷却至实验温度。按上述操作，测其旋光度，此值即可认为是。需要注意的是测到30min后，每次测量间隔时应将钠光灯熄灭，以免因长期过热使用而损坏，但下一次测量之前提前10min打开钠光灯，使光源稳定。另外，实验结束时应立刻将旋光管洗净擦干，防止酸对旋光管腐蚀。五、数据记录和处理 将实验数据记录于表7.1中。表7.1 不同反应时间的旋光度值室温： 20.1 ，大气压： 101 mmHg盐酸浓度： 2 ；： -4.63 反应时间/419.2123.843.171619.0923.723.166818.9423.573.159101

7、8.8423.473.1561518.4923.123.1412018.2822.913.1323018.1322.763.1254016.9821.613.0735014.6419.272.9596014.1418.772.9321以对t作图，由所得直线之斜率求值。2计算蔗糖水解反应的半衰期。由图可知斜率等于-0.003 所以K=0.003 求的 =ln2/K=231.05六、思考讨论题：1. 为什么可用蒸馏水来校正旋光仪的零点？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。2. 为什么配置蔗糖溶液可用上粗天平称量？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