蔗糖水解反应实验报告

浙江万里学院生物与环境学院

化学工程实验技术实验报告

实验名称：蔗糖水解反应速率常数的测定

一、 实验预习（30分） （1） 实验目的

1．根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应率度常数。 2．了解自动旋光仪的基本原理、掌握使用方法。

（2） 实验原理

蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为：

C12H22O11 ＋ H2O

为使水解反应加速，反应常常以H3O+为催化剂，故在酸性介质中进行。水解反应中，水是大量的，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的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，其动力学方程式为：

dc kcdt （1）

或

2.303c0k lg

tc （2）

式中： c0 为反应开始时蔗糖的浓度； c为时间t时蔗糖的浓度。

1ln2当c c0时，t 可用t1/2 表示，即为反应的半衰期。

2k上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速度常数 k，而与起始浓度无关，这是一级反应的一个特点。

蔗糖及其水解产物均为旋光物质，当反应进行时，如以一束偏振光通过溶液，则可观察到偏振面的转移。蔗糖是右旋的，水解的混合物中有左旋的，所以偏振面将由右边旋向左边。偏振面的转移角度称之为旋光度，以 表示。因此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。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、光源的波长以及反应时的温度等因素有关。

为了比较各种物质的旋光能力。引入比旋光度 [ ] 这一概念，并以下式表示：

C6H12O6 +C6H12O6

蔗糖 葡萄糖 果糖

[ ]=l c （3）

tD

式中：t为实验时的温度；D为所用光源的波长； 为旋光度；l为液层厚度（常以10cm为单位）；c为浓度（常用100 mL溶液中溶有m克物质来表示），

（3）式可写成：

[a]tD

a

l m （4）

或

t

a [a]Dl c （5）

由（5）式可以看出，当其他条件不变时，旋光度a与反应物浓度成正比，即

'

a Kc （6）

式中：K'是与物质的旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反应时的温度等有关的常数。

200[a] 66.6D蔗糖是右旋性物质（比旋光度），产物中葡萄糖也是右旋性物200200

质（比旋光度[a]D 52.5），果糖是左旋性物质（比旋光度 [a]D 91.9）。

因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时体系将经过零变成左旋。

因为上述蔗糖水解反应中，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（加和性）。若反应时间为0、t、 时溶液的旋光度为a0、at、a 则由（6）式即可导出：

c0 K(a0 a ) （7）

c K(at a ) （8） 将（7）、（7）式代入（2）式中可得：

2.303a0 a k lg

tat a （9） 将上式改写成：

k

t lg(a0 a )2.303 （10）

(0 a ) 对 t 作图可得一直线，由直线的由（10）式可以看出，如以 lga

lg(a0 a )

斜率即可求得反应速度常数k。

本实验就是用旋光仪测定 at、a 值，通过作图由截距可得到a0。

（3） 简述实验所需测定参数及其测定方法：

取8.33ml浓盐酸于烧杯中，加入少量蒸馏水混合，转移到50ml容量瓶，定容至50ml，摇匀静置。取10g于烧杯中，加入少量蒸馏水混合，转移到50ml容量瓶，定容至50ml，摇匀静置。分别将2溶液倒入烧杯中，将盐酸溶液倒到蔗糖溶液中，溶液倒入一半时开始计时，然后分别测反应5min、10min、15min、20min、30min、50min时的旋光度值。

将剩下的溶液放入60℃ 左右的水浴中温热30min，以加速水解反应，然后冷却至实验温度。测得旋光度值为α∞

（4） 实验操作要点：

1、装上溶液后的样品管内不能有气泡产生，样品管要密封好，不要发生漏液现象；

2、样品管洗涤及装液时要保管好玻璃片和橡皮垫圈，防止摔碎或丢失； 3、配制蔗糖溶液时要注意使蔗糖固体全部溶解，并充分混均溶液； 4、测定α∞时，要注意被测样品在50~60℃条件恒温50min后(但不能超过60℃，否则有副反应发生)，移到超级恒温器中再恒温20min；

5、必须对旋光仪调零校正，若调不到零，需要进行数据校正。

二、 实验操作及原始数据表（20分）

1. 将实验数据记录于下表：

温度：13℃ ；盐酸浓度：2mol·L-1 ；α∞：-1.190 三、 数据处理结果（30分）

1. 以ln(αt－α∞)对t作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k。 2. 计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2。

3. 由两个温度测得的k值计算反应的活化能。

由

lg(a0 a )

k

t lg(a0 a )2.303得，k=0.002 2.303=4.606 10 3

由t1/2

ln2ln2得，t1/2==150.48min -3k4.606 10

四、 思考题（20分）

1.

实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点？在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度αt是否需要零点校正？为什么？

答：1）因为待测液是以蒸馏水作为溶剂的蔗糖水溶液，以蒸馏水的旋光度作为零点，则待测液的旋光度的变化反映出蔗糖的转化过程旋光度的变化。2）本实验数据处理过程时，用旋光度的差值进行作图和计算，仪器精度误差可以抵消不计，故若不进行零点校正，对结果影响不大。

2. 蔗糖溶液为什么可粗略配制？这对结果有无影响？ 答：因为蔗糖的初始浓度对实验测定结果没有影响。 3.

蔗糖的转化速率常数k与哪些因素有关？

答：蔗糖的转化速率常数k与温度，催化剂的浓度、种类等 4.

试分析本实验误差来源，怎样减少实验误差？

答：（1）光源波长，须恒定。（2）温度，应等温度恒定后在开始实验测量。（3）操作误差，为减少误差，玻璃片应擦净，旋光管中不能有气泡，两次测量之间务必将旋光管洗净并润洗。 5.

该反应按一级反应进行的条件是什么？

答：在一定的酸度下，反应速度只与蔗糖的浓度有关。 6. 蔗糖水解用的蔗糖水溶液为什么必须现配？而不能久置再用？

答：因水中吸收二氧化碳呈偏酸性，久置后蔗糖会发生水解，影响旋光度测量。