四川理工-物化实验-蔗糖水解反应速度常数的测定

1、实验十一 蔗糖水解反应速率常数的测定报告人： 同组人： 实验时间2010年06月21日一实验目的：1根据物质的旋光性质研究蔗糖水解反应，测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。2了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。3了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。二实验原理：蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应方程式为： （1）为使水解反应加速，反应常常以H+为催化剂，故在酸性介质中进行。此反应的反应速率与蔗糖的浓度、水的浓度以及催化剂H+的浓度有关。在催化剂H+浓度固定的条件下，这个反应是一个二级反应。但是，此反应中水大量存在，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

2、的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，动力学方程式为：，积分后得 或 （2）式中c0为反应开始时蔗糖的浓度；c为时间t时的蔗糖浓度，k为水解反应的速率常数。从式（2）可以看出，在不同的时间测定反应物的浓度，并以对t作图，可得一直线，由直斜率即可求出反应速率常数k。然而，由于反应是不断进行，要快速分析出某一时刻反应物的浓度比较困难。但根据反应物蔗糖及其生成物都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同这一特点，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。蔗糖及其水解产物均为旋光物质，在反应进行过程中，如以一束偏振光通过溶液，则可观察到偏振面的转移，如图（1）所示。由于蔗糖是右旋的，水解混合物是

3、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为旋光度，以表示。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、光源波长及反应时的温度等因素有关。当其它条件均固定时，旋光度与反应物浓度c呈线性关系，即：=c （3）式中是与物质的旋光能力、溶液厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关系的常数。物质的旋光能力用比旋光度来表示。蔗糖是右旋性物质，葡萄糖也是右旋性质，果糖是左旋性物质，它们的比旋光度为：a蔗糖=+66.65° ，a蔗糖 =+52.5° ，a果糖 =-91.9°正值表示右旋，负值表示左旋。可见当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了

4、时体系将经过零变成左旋。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(加和性)。若以0、t、。分别为反应时间0、t、时溶液的旋光度，则可导出：c0(0) ，ct(t) （4）将式(4)代入式(2)可得： =k1t或In(t)=kt + ln(0) (5)上式中In(t)对t作图，从所得直线的斜率即可求得反应速度常数k。 一级反应的半衰期则用下式求取：t1/2= （6）三仪器和试剂：旋光计(带旋光管)，超级恒温水浴，普通水浴锅，锥形瓶(100mL) ，移液管(25mL)，秒表。2mol·L-1 HCl溶液；蔗糖(A.R.)。四实验步骤：1实验准备（1）用台秤粗称蔗糖10g，放入

5、锥形瓶中，准确移入50mL蒸馏水，搅拌将蔗糖溶解，备用。（2）将恒温水浴调节到27恒温（夏天适当调高，并可将反应溶液按50mL蔗糖溶液加25mLHCl溶液配制），然后将旋光管口外套接上恒温水。2旋光仪零点调节在旋光管中注入纯水，放入旋光仪暗箱中，开启旋光仪电源预热10分钟，待钠光灯稳定后，开启测量开关，光屏应显示值为00.000,若示值不为00.000，可按清零键使其归零。3蔗糖水解过程中t的测定用移液管取25m L蔗糖溶液, 100mL干燥的，再取50m L 2mol·L -1的 HCl溶液加到蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCl溶液加入一半时开动秒表作为反应的开始时间（注意：秒表一

6、经启动，勿停直至实验完毕），不断振荡摇动，迅速取少量混合液清洗旋光管二次，然后以此混合液注满旋光管，盖好玻璃片，旋紧套盖(检查是否漏液，有气泡)，擦净旋光管两端玻璃片，立刻置于旋光仪中，盖上箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。反应开始第2min时读取第一个数据，第5min时读取第二个数据，之后每5min读取一次，一直测量到旋光度为负值为止或一直做到反应90min为止。 4的测定将步骤3中剩余的混合液置于6070水浴内恒温60min以上，使其加速反应至完全，然后取出，冷却至水浴温度温，测其旋光度，此值即可认为是。五数据处理：反应温度： 蔗糖浓度：2 mol·l-1 盐酸浓度： 2

7、mol·l-1 1. 完成下表，用In(t)对t作图，由直线斜率求出反应速率常数k（直线斜率的相数即为速率常数k）。tmin025101520253035t7.7706.3604.6302.3050.500-0.910-1.935-2.840-3.440-4.585t12.35510.9459.2156.895.0853.6752.651.7451.145In(t)2.5142.3932.2211.9301.6261.3020.9750.5570.135由图知：直线斜率为-0.0665，得k=0.06652  计算反应的半衰期t1/2。因k=0.0665，由公式得，半衰期=10.42min六思考题：1蔗糖溶液为什么可粗略配制？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，只要用上皿天平称量就可以了。 2蔗糖的转化速度和哪些因素有关？答