实验十七 旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数

1、实验十七 旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数一、实验目的1根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应速率常数和半衰期。2了解反应物浓度与反应体系旋光度之间的关系。3掌握旋光仪的使用方法。二、实验原理蔗糖溶液在酸性介质中可水解生成葡萄糖和果糖。反应如下：（蔗糖） （葡萄糖） （果糖）水解反应中，水是大量的，虽然有部分水分子参加了反应，但与溶质浓度的改变相比可以认为它的浓度是恒定的，而且氢离子是催化剂，其浓度也保持不变，故反应速率只与蔗糖浓度有关，可视为一级反应，其速率方程为： （17.1）积分上式得： （17.2）反应的半衰期与反应速率常数的关系式为： （17.3）由积分式不难看出：只要测得不

2、同反应时刻对应的反应物浓度，就可以lnc对c作图得到一条直线，由直线斜率求得反应速率常数。然而，反应是在不断进行，要快速分析出不同时刻反应物的浓度是困难的。在本实验中，蔗糖及其水解产物都具有旋光性，即能够通过它们的偏振光的偏振面旋转一定的角度(该角度称为旋光度，常以 符号表示)，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。测定物质旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力，溶剂性质、溶液浓度、样品管长度、光源波长和温度等因素有关。 （17.4）

3、式中为比旋光度，可以量度物质的旋光能力，为所用光源的波长，一般用钠光的D线，其波长为5.89×10-7m, 为测定温度（），为样品管长度，为旋光物质的物质的量浓度,M为旋光物质的摩尔质量。由（17.4）式可以看出，当其它条件不变时，旋光度与物质浓度成正比，即 （17.5）式中 为比例系数。蔗糖是右旋物质(比旋光度，产物中葡萄糖也是右旋物质（），果糖是左旋物质（）。因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时，体系将经过零变成左旋。设、和 分别表示反应在起始时刻、时刻和无限长时体系的旋光度。反应在相同条件下进行，旋光度与浓度成正比，而且溶液的旋光度为各组成旋光度之和。由（17.5

4、）式可导出 （17.6） （17.7）将（17.6）、（17.7）代入（17.2）式可得 （17.8）以对时间t作图可得一条直线，由直线的斜率即可求得反应速率常数三、仪器和试剂自动指示旋光仪 1台 移液管（25ml） 2支超级恒温槽 1台 烧杯 (150ml) 2个恒温水浴 1台 吸耳球 1个秒表 1块 蔗糖(AR)容量瓶（50ml） 1个 HCl溶液（4mol.L-1）锥形瓶(100ml) 2个四、实验步骤1 调节超级恒温槽的温度在25±0.1，用蒸馏水洗净带有恒温水套的样品管，然后将其接通恒温水。2 溶液配制与恒温称取10克蔗糖于烧杯中，加蒸馏水溶解，移至50ml容量瓶定容至刻度

5、，用移液管吸取25ml蔗糖溶液注入一锥形瓶中，将两个锥形瓶用玻璃塞或橡皮塞盖好后，置于25±0.1的恒温槽中恒温1015分钟。3 仪器零点校正将仪器面板上的光源开关向下板至“”处，打开电源开关预热5-10分钟，再将光源开关扳指“-”处。将旋光管一端的套盖旋紧，由另一端注满蒸馏水并使液体呈凸液面，取玻璃盖片沿管口轻轻推入盖好，再旋紧套盖，勿使漏夜或有较大气泡产生。旋紧套盖时注意用力适当，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。若管中液体有微小气泡，可将其赶至管一端的凸肚部分。用干布或滤纸擦干旋光管外面，用镜头纸擦净两端玻璃片，将旋光管放入旋光仪，盖上仪器面盖。打开示

6、数开关，待刻度读数基本稳定后，再调节调零旋钮使读数置零。图-17-1 带有恒温水套的旋光管4 的测定将恒温后的两个锥形瓶取出，将HCl溶液倾倒至蔗糖溶液中。倾倒的同时，开始用秒表计时，然后将两锥形瓶互相倾倒23次，使溶液混合均匀。用少许混合液荡洗旋光管2-3次，然后按步骤3操作。将加好溶液的旋光管擦净外面和两端玻璃盖片，置于旋光仪中，打开示数开关测量各时间时溶液的旋光度，反应前期速度较快，可每两分钟测一次，以后由于反应物浓度降低使反应速度变慢，可以每510分钟测一次，测至60分钟即可。实验测量参考时间：从混合计时起，4，6，8，10，15，20，30，40，50，60分钟。5 的测定将步骤4中

7、的剩余混合液置于50-60的水浴中加热30分钟，以加速水解反应，然后冷却至实验温度，测其旋光度，此值即可认为是或将剩余混合液在室温下保持48小时，重新恒温至实验温度，测其旋光度，此值即6 其它温度下水解反应速率常数的测定此步骤可根据情况选做。7 实验结束后切记将旋光管内外用蒸馏水洗净，擦干，防止酸对旋光管和仪器的腐蚀。五、实验数据记录和处理1 将实验数据记录于下表：室温： 大气压： 反应温度： 2 以对作图。3 由直线斜率求蔗糖水解反应的速率常数，并计算半衰期六、思考题1 蔗糖水解反应速率常数和哪些因素有关？2 为什么可用蒸馏水来校正旋光仪的零点？求速率常数时，所测旋光度是否必须进行零点校正？3 为什么配蔗糖溶液可以用粗天平称量？4 记录反应开始的时间迟点或早点是否影响值的测定？5 反应开始时，为什么将盐酸溶液倒入蔗糖