實驗三、蔗糖水解反應速度常數(shù)的測定

蔗糖水解反應速度常數(shù)的測定一、實驗目的二、實驗原理三、藥品儀器四、實驗步驟五、實驗記錄六、數(shù)據(jù)處理七、注意事項八、思考題一、實驗目的1.測定蔗糖轉化反應的速率常數(shù)和半衰期；2.了解反應物濃度與旋光度之間的關系；3.了解旋光儀的基本原理，掌握正確使用方法。二、實驗原理蔗糖經酸性水解后，產生一分子葡萄糖和一分子果糖：蔗糖葡萄糖果糖

該反應在純水中此反應的速率極慢，通常需要在H+離子催化作用下進行。由于反應時水是大量存在的，盡管有部分參與了反應，仍可近似地認為整個反應過程中水的濃度是恒定的；而且H+是催化劑，其濃度也保持不變。因此蔗糖反應可看作為假一級反應。一級反應的速率方程為：式中：C為時間t時的反應物濃度，積分可得：式中：C0為反應開始時反應物濃度。k為反應速率常數(shù)。（1）

因為蔗糖及其轉化產物都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應進程中旋光度變化來度量反應進程。本實驗通過測定反應液的旋光度來求得蔗糖水解反應的速率常數(shù)K和半衰期t1/2。

溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質的旋光能力、溶劑性質、溶液濃度、樣品管長度及溫度等均有關系。當其它條件均固定時，旋光度α與反應物濃度Ｃ呈線性關系，即：α=βC

式中：比例常數(shù)β與物質旋光能力、溶劑性質、樣品管長度及溫度等有關。物質的旋光能力用比旋光度來度量，比旋光度用下式表示：

反應物蔗糖是右旋性物質，其比旋光度[α]D20=66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性物質，其比旋光度[α]D20=52.5o；但果糖是左旋性物質，其比旋光度[α]D20=-91.9o。

由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性質。因此隨著反應的進行，體系的右旋角不斷減少，反應至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全水解，這時左旋角達到最大值α∞。設體系最初的旋光度為：（t=0，蔗糖尚未轉化）當時間為t時，蔗糖濃度為C，此時旋光度為αt，即：體系最終的旋光度為：（t=∞，蔗糖已完全轉化）（2）（3）（4）將(2)、(3)和(4)式代入(1)式即得：

顯然，以ln(αt-α∞)對t作圖可得一直線，從直線斜率即可求得反應速率常數(shù)k。三、藥品儀器1.旋光儀；2.旋光管；3.恒溫槽；4.移液管、錐形瓶、5.燒杯、臺秤、秒表；6.蔗糖(AR)、HCl(2.5mol/L)四、實驗步驟開啟恒溫器旋光儀開關稱取蔗糖配制鹽酸調節(jié)溫度儀器調零水解過程的旋光度測定完全水解的旋光度測定蔗糖鹽酸恒溫10分1.溫度設定：調節(jié)恒溫槽的溫度為30℃。2.旋光儀零點校正：

旋光儀提前打開電源，預熱10min，鈉燈發(fā)光正常。用蒸餾水校正儀器的零點：蒸餾水為非旋光性物質，可用來校正儀器的零點（即α=0時，儀器對應的刻度）。洗凈樣品管，將樣品管一端蓋子打開，倒入蒸餾水，使液體成一突出液面，然后蓋上玻璃片，此時管內不應有空氣泡存在，再旋上套蓋，使玻璃片緊貼旋光管，勿使漏水。但必須注意旋緊套蓋時，不能用力過猛，以免壓碎玻璃片，用濾紙擦干樣品管，再用擦鏡紙將樣品管兩端的玻璃片擦干凈。將裝有蒸餾水的旋光管放入旋光儀調目鏡聚焦，使視野清晰；調檢偏鏡至三分視野暗度相等為止，記錄游標（右邊）刻度為檢偏鏡旋角，記錄儀器零點。讀數(shù)三次取平均值，即為零點，用來校正儀器的系統(tǒng)誤差。

3.蔗糖水解過程中at的測定在燒杯中稱取約14g蔗糖，然后加入70ml蒸餾水溶解，靜置澄清，移取上層清夜50ml倒入150ml的磨口三角瓶中。用移液管吸取50ml2.5mol/L鹽酸加入到50ml磨口三角瓶中。把兩個三角瓶同時放入恒溫槽中，恒溫10分鐘。10分鐘后，把鹽酸溶液倒入到蔗糖溶液中，加入一半時開始計時，全部加入后搖勻。（注意：秒表一經啟動，勿停直至實驗完畢）。迅速用反應混合液將樣品管洗滌三次后，將反應混合液裝滿樣品管，擦凈后放入旋光儀，測定規(guī)定時間的旋光度。測得第一個數(shù)據(jù)時間應該為反應開始的前三分鐘內。測量時先將三分視場調節(jié)到全暗，記錄時間（注意時間要記錄準確，以實際反應時間為準），后讀數(shù)。反應開始的30min之內，每隔3分鐘讀數(shù)一次，30min后，由于反應物濃度降低反應速率變慢，可將每次測量時間間隔適當延長至5-10min，一直測定到旋光度為負值，并要測量4～5個負值為止。4.α∞的測定把剩余的水解反應液，在55℃條件下恒溫50分鐘，然后在實驗溫度恒溫10min。測定完全水解的旋光度的值即a。五、實驗數(shù)據(jù)記錄實驗日期：

；實驗溫度：

℃；旋光儀零點：

。αt的測定：最終旋光度α∞=

。

時間(min)旋光度αt六、數(shù)據(jù)處理1.計算αt-α∞和ln(αt-α∞)；2.作ln(αt-α∞)~t關系圖；3.計算直線斜率k，反應速率常數(shù)k；4.求出半衰期t1/2；5.文獻值。計算αt-α∞和ln(αt-α∞)的結果時間(min)αt-α∞ln(αt-α∞)文獻值：溫度和鹽酸濃度對蔗糖水解速率常數(shù)K的影響HCl/mol·L-1K×103/min-1K×103/min-1K×103/min-125℃(298.15K)30℃(308.15K)35℃(318.15K)0.05020.41691.7386.2130.25122.2559.35535.860.41374.04317.0060.620.900011.1646.76148.81.21417.45575.97注：蔗糖溶液的濃度均為10%

活化能Ea=108kJ/mol七、注意事項：1.裝液的樣品管內不能有氣泡，樣品管密封好，勿漏液；2.樣品管洗滌及裝液時要保管好玻璃片和橡皮墊圈；3.配蔗糖溶液時要注意使蔗糖固體全部溶解，充分混均；4.測定α∞時，要注意被測樣品在50~60℃條件但不能超過60℃，否則有副反應發(fā)生5.必須對旋光儀調零校正。八、思考題

1.在混合蔗糖溶液和鹽酸溶液時，是將鹽