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1、宁波工程学院物理化学实验报告专业班级姓名 序号 实验日期同组姓名指导老师实验名称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种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，并掌握其正确的操作技术。二、实验原理一、 、 dc反应速率-一只与某反应物浓度c的一次方成正比的反应称为一级反应。其速率方程 dt的通式为将速率方程（i）移项积分，可得动力学方程:j c-dc = Tdt C0 c 01In & = k tc1式中c0为反应物的初始浓度，c为t时刻反应物的浓度，为反应的速率常数。当c = %时，对应的t可用t表示，称为反应
2、的半衰期，即反应物浓度反应掉一半所 21/2用的时间。由（2）式很容易得到一级反应的半衰期为ln2 0.693 t =1/2 由（3）式可以看出，一级反应的半衰期与起始浓度无关。这是一级反应的一个特点。 由（2）式可以得到：lnc = ln c - k t1若用in c对t作图应为一直线，由直线的斜线可求速率常数匕。 蔗糖水解反应生成葡萄糖和果糖：CsH”O“+ HO = ch9o （葡萄糖）+ CH.O （果糖）12 22 1126 12 66 12 6使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。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。但反应过程中，由于
3、水是大量的，可认 为水的浓度基本是恒定的，且H+是催化剂，其浓度也保持不变，故反应速率只与蔗糖的浓 度有关，所以蔗糖水解反应可看作是一级反应。蔗糖及水解产物均为旋光性物质，但他们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过 程中旋光度的变化来衡量反应的进程，测量旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液旋光度与 溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂性质、液层厚度、光源的波长及温度等均有关系。 在其它条件均固定时，旋光度与反应物浓度有直线关系，即：a = Kc式中K为比例常数。其值与物质的旋光能力、溶剂性质、溶液厚度、光源的波长、温 度等有关。在蔗糖水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质，比旋光度为 = 66.6。
4、，生成物中 葡萄糖也是右旋性物质，比旋光度为Ial0=52.5。，而果糖则是左旋性物质，lal0= -91.9。 随着反应的进行，右旋角不断减小。当反应进行到某一时刻，体系的旋光度经过零点，然 后左旋角不断增加。当蔗糖完全转化时，左旋角达到最大值a。设蔗糖尚未转化时，体系最初的旋光度为”a 0 = K 反 C0（4）体系最终的旋光度为a = K 生 （5）式中K，K分别为反应物与生成物的比例常数，c0为反应物的最初浓度、也是生成 物的最后浓度，当时间为t时，蔗糖的浓度为c，旋光度为aa 七=K反c + K生（C0 - c）（6）由（4）、（5）、（6）式得c =0 = K（a -a ）（7）0
5、 K反-K生0 -c =t= K（a -a ）（8）K反-K生t 将（7）、（8）两式代入（2）式得In = kt（9）a - ai若用ln（a -a ）对t作图应为一直线，由直线斜率可求速率常数匕。根据（3）式可求 反应的半衰期。三、实验仪器、试剂仪器：旋光仪、秒表、恒温水浴、50 ml移液管、100 ml磨口锥形瓶、100 ml烧杯、 台秤、洗耳球。试剂：蔗糖（AR）、盐酸（3mol/L，AR）。四、实验步骤1、配制蔗糖溶液：用台秤称取10 g蔗糖放入烧杯内，加少量蒸馏水溶解后转移到 50 ml容量瓶中，稀释至刻度；2、旋光度的测定：将50 ml配制好的蔗糖溶液，置于干净的锥形瓶中，再用5
6、0ml 移液管吸取3mol/LHCl注入蔗糖溶液中。当盐酸溶液流出一半时，开始计时。HCl全加入 后混合均匀，迅速用少量的混合液洗旋光管两次，然后将反应液加入旋光管内，测定球， 5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、 60min，依次各测一次旋光度；3、a”测定：将反应液放置48 h后，在相同温度下测定溶液的旋光度；为了缩短时 间，可将剩余的混合液放入60C的恒温水浴中，加热60 min后取出再装入旋光管测定。五、数据记录与处理”实验温度：28 C； HCl 浓度：3 mol /L；零点：0.975；
7、a : -5.175。反应时间/mina tat-a8ln (at - a)512.47517.6502.8711011.37516.5502.8061510.22515.4002.734209.10014.2752.659258.25013.4252.597307.75012.9252.559405.92511.1002.407504.4259.6002.262601.9257.1001.9603.以ln (气-呵)对t作图,由图所得直线斜率求k值。506070In (A a ) tG)ulI2. 82. 62. 42. 2J010203040t/min一2939 = 2图中直线斜率k =二
8、99一 = 0.0134，70-04.计算反应的半衰期t1/2。ln2 _ 0.6932t1/2 k可得K = 0.0134/min = 2.233x 10-4/s。0.6932= 3104s = 51.73min2.233 x 10-4六、注意事项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、旋光仪使用中，若两次测定中间间隔时间较长，则应切断电源，让灯管休息一会， 在下次使用时提前10 min开启；3、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、结果与讨论实验过程中严格按照实验要求操作，除去最后一个点偏差较大，作
9、图中数据点均呈现较好的线性关系，求得的K值偏小，可能是因为实验仪器本身的误差造成。八、思考题1、蔗糖的转化速率和哪些条件有关？答：实验温度，溶液的浓度，催化剂。2、为什么配蔗糖溶液可用粗天平称量？答：蔗糖本身就不纯净，即使准确称量也不可能配成标准溶液.浓度是用旋光度来测定的.所以粗略配置就可以了。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：不能。由于反应中水是大量的，消耗的水可忽略不计，所以该反应可看作是一级反应。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。只有将盐酸加入到蔗糖溶液中，所有实 验才是在相同条件下进行的。
