一级反应蔗糖水解反应速率常数的测定

一、实验目的

1.用旋光仪测定当蔗糖水解时，其旋光度变化与时间的关系，从而推算蔗糖水解                反应的速率常数和半衰期。

2.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。

二、实验原理：

蔗糖水解反应的计量方程式为：

C12H22O11+H2O ==== C6H12O6+C6H­12O6                                              

    蔗糖         葡萄糖   果糖

蔗糖水解速率极慢，在酸性介质中反应速率大大加快，故H3O+为催化剂。反应中，H2O是大量的，反应前后与溶质浓度相比，看成它的浓度不变，故蔗糖水解反应可看做一级反应。其动力学方程式如下：

－=K1C                                          

积分式为： ln=K1 t                            

  K1 =ln                                 

或 K=lg　                          

反应的半衰期=                         

K1         速率常数

t          时间

Co         蔗糖初始浓度

C          蔗糖在t时刻的浓度

可见一级反应的半衰期只决定于反应速率常数K，而与反应物起始浓度无关。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

若测得反应在不同时刻时蔗糖的浓度，代入上述动力学的公式中，即可求出Ｋ和。

    测定反应物在不同时刻浓度可用化学法和物理法，本实验采用物理法即测定反应系统旋光度的变化。蔗糖及其水解产物均为旋光性物质，蔗糖是右旋的，但水解后的混合物葡萄糖和果糖则为左旋，这是因为左旋的果糖比右旋的葡萄糖旋光度稍大的缘故。因此，当蔗糖开始水解后，随着时间增长，溶液的右旋光度渐小，逐渐变为左旋，即随着蔗糖浓度减小，溶渡的旋光度在改变。因此，借助反应系统旋光度的测定，可以测定蔗糖水解的速率。

所谓旋光度，指一束偏振光，通过有旋光性物质的溶液时，使偏振光振动面旋转某一角度的性质。其旋转角度称为旋光度（a）。使偏振光按顺时针方向旋转的物质称为右旋物质，a为正值，反之称为左旋物质，a为负值。

物质的旋光度，除决定于物质本性外，还与温度、浓度、液层厚度、光源波长等因素有关，当光源用钠灯，波长一定，λ＝Ｄ（50nm），实验温度t＝２０℃时，旋光度与溶液浓度和溶层厚度成正比，a∝c.l写成等式  a=[a]·c·l     

式中比例常数[a] tD，称为比旋光度。

[a] =                                                      

由（5）式可见，当其它条件不变时，旋光度a与浓度 c成正比，

即   a=KˊC    （Kˊ为比例常数）                             

已知，比旋光度[a蔗糖] =+66.6°，[a蔗糖] =+52.2°,[a果糖] =-91.9°，所以，当蔗糖水解反应进行时，右旋角度不断减小，当反应终了时，系统经过零度变为左旋。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（有加和性）。

若反应时间为  O————t————∞

则溶液旋光度为0     t      ∞

因为测定是在同一仪器，同一光源，同一长度旋光管中进行的，则由（7）式可以导出浓度改变正比于旋光度的改变，且比例常数相同（K=）。

C0=C∞=K（0-∞），C-C∞=K（t-∞）

而∞=0，（蔗糖水解反应能进行到底）

C0=K（0-∞），C=K（t-∞）

=    

=k1t

或写成：lg（αt-α∞）＝－+lg（αo-α∞）      (直线方程)

若以lg（αt-α∞）～t作图，得一直线

斜率= －

则k1= －2.303 ×（斜率）                                

本实验就是用旋光议测定αt、α∞值。

三、仪器和试剂

自动旋光仪              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；  上皿天平      1台；

锥形瓶（100ml）         2个；  移液管（25ml）2支

烧杯（100ml,500ml）   各1个；  2mol.L-1HCl溶液；

蔗糖（分析纯）。

四、操作步骤

1．调整恒温槽至25℃恒温，然后将旋光管外套接上恒温水。

2．旋光仪零点的校正。

用蒸馏水洗净旋光管各部分零件，将一端的盖子旋聚，向管内注满蒸馏水，取玻璃片沿管口轻轻推入盖好，再旋紧套盖，勿使其漏水或有气泡。（小心操作，以防用力过猛，压碎玻璃片）用滤纸或干布擦净旋光管两端玻璃片，并放入旋光仪中。打开旋光仪电源开关，清零后取出旋光管，倒出蒸馏水。

3．蔗糖水解过程中αt的测定。

称取蔗糖10g，溶于蒸馏水中，用50ml容量瓶配制成溶液。（如混浊需过滤）用移液管取消50ml蔗糖溶液和50ml2mol.L-1HCI溶液分别注入两个100ml干燥锥形瓶中，并将此二锥形瓶同时置于恒温槽中恒温10～15分钟。待恒温后，取50m2mol.L-1HCI 溶液加到蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCI溶液加入一半时，开动停表作为反应的起始时间。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（检查是否漏液和有气泡）。擦净旋光管两端玻璃片，立刻置于旋光仪中。测量时间t时溶液的旋光度t。测定时要迅速准确。先记下时间，再读取旋光度数值。可在测定第一个t值后的５分，10分，15分，20分，30分，50分，75分，100分钟各测一次。

4．α∞的测定。

将步骤3中的混合液保留好，48小时后重新恒温，观测其旋光度，此值即为∞。或将剩余混合液，置于60℃水浴中温热50分钟，加速水解反应进行，然后冷却至实验温度。按上述操作测其旋光度，即认为是∞。

注意事项：

1）测到30分钟后，每次测量间隔时应将钠光灯熄灭，以延长钠光灯寿命。但下一次测量之前提前10分钟打开钠光灯，使光源稳定。

2）实验结束时，应立即将旋光管洗净擦干，防止酸对旋光箱的腐蚀。

五、结果处理

实验温度：         盐酸浓度：            ∞：        

2．由截跟求得0 ，求各时间K值，再取平均值。

3．计算蔗糖水解反应的半衰期t。

六、思考题

1．为什么可用蒸溜水来校正旋光仪零点？

2．称量蔗糖为什么可用上皿天平？