宁 波 工 程 学 院物理化学实验报告实验名称 实验八 蔗糖水解反应速率常数的测定 一、实验目的1. 了解蔗糖水解反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。2. 测定蔗糖水解反应的速率常数和半衰期。3.了解旋光仪的基本原理，掌握其正确的操作技术。 二、实验原理反应速率只与某反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应，速率方程可由下式表示：式中c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。积分可得： lnc=kt + lnc0式中c0为反应开始时反应物浓度。当c= c0/2时，对应t可用t1/2表示，称为反应的半衰期，即反应物浓度反应掉一半所用时间，得一级反应的半衰期为： t1/2=蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：C12H22O11 + H2OC6H12O6 + C6H12O6(蔗糖) (葡萄糖) (果糖)它属于二级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行。由于反应时水大量存在，尽管有部分水分子参与反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的，而且H+是催化剂,其浓度也保持不变。因此蔗糖转化反应可看作为一级反应。蔗糖及其转化产物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应进程。测量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，样品管长度及温度等均有关系。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=Kc式中比例常数K与物质旋光能力，溶剂性质，样品管长度，温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：式中“20”表示实验时温度为20，D是指用纳灯光源D线的波长（即589毫微米），为测得的旋光度，l为样品管长度（dm），cA为浓度（g/100mL）。作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度=66.6；生成物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度=52.5，但果糖是左旋性物质，其比旋光度=91.9。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质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值。设最初系统的旋光度为 0=K反cA,0 （t=0，蔗糖尚未水解）（1）最终系统的旋光度为 =K生cA,0 （t=，蔗糖已完全水解）（2）当时间为t时，蔗糖浓度为cA，此时旋光度为tt= K反cA+ K生(cA,0cA) (3）联立（1）、（2）、(3)式可得：cA,0=K（0） (4)cA= K（t） (5)将（4）、（5）两式代入速率方程即得：ln(t)=kt+ln（0）我们以ln(t)对t作图可得一直线，从直线的斜率可求得反应速率常数k，进一步也可求算出t1/2。三、实验仪器、试剂仪器：旋光仪，停表，恒温水浴一套，移液管（50mL），磨口锥形瓶（100mL），烧杯（100mL），台秤，洗耳球试剂：蔗糖（AR），盐酸 （3mol/L，AR）四、实验步骤（一）旋光仪的校正1、了解旋光仪的构造、原理，掌握其使用方法（见附录）。2、开启水浴恒温水槽的电源开关，并将水浴恒温槽的温度控制在60。3、蒸馏水为非旋光性物质，可用来校正仪器的零点。将旋光管一端盖子打开，加入蒸馏水，然后盖上玻璃片，此时管内不应有空气泡存在，再旋上套盖，使玻璃片紧贴旋光管，勿使漏水。用滤纸擦干样品管，再用擦镜纸将样品管两端的玻璃片擦干净。放入旋光仪，打开电源，预热5-10min，钠灯发光正常。调目镜聚焦，使视野清晰；调检偏镜至三分视野暗度相等为止，记录游标（右边）刻度为检偏镜旋角，记录仪器零点。读数注意0度以下的实际旋光度（读数-180）。读数三次取平均值，即为零点，用来校正仪器的系统误差。（二）测定1、 配制蔗糖溶液：用天平称取10克蔗糖放入烧杯中，加蒸馏水溶解后转移到50ml容量瓶中，稀释至刻度。2、用50ml移液管移取50mlHCL溶液放入蔗糖水溶液，边放边振荡，当HCL溶液放出一半时按下秒表开始计时（注意：秒表一经启动，勿停直至实验完毕）。迅速用反应混合液将样品管洗涤三次后，将反应混合液装满样品管，擦净后放入旋光仪，测定规定时间的旋光度。测得第一个数据时间应该为反应开始的前三分钟内。测量时先将三分视场调节到全暗，再记录时间（注意时间要记录准确，以实际反应时间为准），后读数。分别记录5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min的旋光度。3、的测量：测定过程中，可将剩余的反应混合物放入60恒温槽中加热60min，使反应充分后，冷却至室温后测定体系的旋光度，连续读数三次平均值。五、数据记录与处理 实验温度：27.5 ； HCl浓度： 3mol/L ；零点：0.240 ： -3.178 。反应时间t/minttln(t)k1510.25613.4342.5980.01504min-1109.67012.8482.553158.81711.9952.484208.03711.2152.417257.34310.5212.353306.6059.7832.281405.1928.372.125503.9137.0911.959602.7095.8871.773以ln（t）对t作图，并由直线斜率求速率常数k1。由上图可知：斜率=-0.01504，ln(t)=0.01504t+2.70855又因为ln(t)=kt+ln（0）所以k1=0.01504 min -1=2.50710-4 s-1t1/2= ln 2 /k1 =0.693 / k1 = 0.693 / 2.50710-4 =2764.3s六、 结果与讨论本实验是测定蔗糖水解反应速率常数，k1=2.50710-4 s-1实验过程中应该注意：1、在放置旋光管上的玻璃片时，将玻璃盖片沿管口轻轻推上盖好，再旋紧套盖，勿使其漏水或产生气泡。2、 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。 3、 在测定时，通过加热使反应速度加快转化完全。但加热温度不要超过60。 大约60min后基本分解完全。4、 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。5、 实验完毕后，用蒸馏水洗净旋光管，并擦干外壁，以防止金属部件被腐蚀。 七、思考题1. 蔗糖的转化速度和哪些条件有关？答：蔗糖的转化速度和物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、光源波长、温度等因素有关。2. 为什么配蔗糖溶液可用粗天平称量？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。3、 在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们把HCl加到蔗糖溶液中去。如果把蔗糖溶液加到HCl中，是否对实验有影响？为什么？答：有影响。由于该反应是一级反应，反应速率只与蔗糖的浓度有关。盐酸只作催化剂。 如果将蔗糖加入盐酸中，蔗糖的起始浓度就是一个变化的值，而且先加入的蔗糖会先水解，影响起始浓度和反应速率。