蔗糖水解速率常数的测定
一． 实验目的：
1.测定蔗糖水溶液在H+催化下转化反应的速度常数和半衰期。
2.掌握旋光仪的使用。
二． 实验原理：
蔗糖水解反应式为：
C12H22O11?H2O?H??C6H12O6?C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖
++
H是催化剂，如果无H存在，反应速度极慢，此反应是二级反应。但由于反应时水是大量存在的，整个反应过程中水的浓度可近似为恒定，因此可视为准一级反应，反应速度方程如下：
dCA?kCA （18-1） ? dt式中CA为t时刻的蔗糖浓度，k为反应速度常数。
若令蔗糖起始浓度为CA.0，（18-1）式积分得：
CA,0 ln ?kt （18-2）
CA 由于蔗糖、葡萄糖和果糖都含有不对称的碳原子，它们都是旋光性物质，但
?它们的旋光能力各不相同，其中蔗糖右旋，比旋光度???20D?60.6，葡萄糖右旋，
??比旋光度???20??D??91.9?，所以随着反应的进行，D?52.5，果糖左旋，比旋光度?物质的旋光度不断变化，由右旋逐渐变为左旋，故可利用体系在反应过程中旋光度的变化来量度反应的进程。
旋光度的测量可使用旋光仪（见第2章 常用仪器简介 2.6.旋光仪）。当样品管长度，光波波长、温度、溶剂等其他条件都不变时，溶液旋光度α与其中旋光性物质浓度C呈线性关系。
??KC （18-3） 式中比例常数K与物质的旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度等有关。
旋光度只有相对含义，它因实验条件的不同会有很大的差异。物质的旋光能力可用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：
10?20 ???D? （18-4）
lC式中：20为实验时的温度20℃；D是指所用钠光灯源D线，波长为589nm；?为测得的旋光度（单位：度）；l为样品管的长度（单位：厘米）；C为浓度（单位：克/mL）。
设反应初始时即t=0时，蔗糖的浓度为CA，O，当时间为t时，蔗糖的浓度为CA 。则
20蔗糖尚未水解） (18-5) ?0?K反?CA,O （t=0，
蔗糖完全转化) (18-6) ???K生?CA,O （t=∞，
(18-5)、（18-6）式中K反和K生分别为反应物与生成物的比例系数。 而当t=t时，
（18-7） ?t?K反CA?K生（CA,O?CA）由（18-5）、（18-6）、（18-7）式可以解得：
（?0???）?CA,（Ok反?k生） （18-8) （18-9） （?t???）?C（Ak反?k生）将（18-8）、（18-9）两式代入（18-2）式，整理得：
klg(?t???)??t?lg(?0???) （18-10）
2.303由（18-10）式可以看出，以lg(αt-α∞)对t作图为一直线，斜率m??得反应速度常数k，半衰期t12?ln2kk，可求2.303也可求得。
三． 实验步骤：
1．调节空气恒温箱温度在25℃，用蒸馏水校正旋光仪的零点，熟悉旋光仪的调节和读数。
2．将蔗糖溶液、3.0mol·L-1HCl溶液、反应完毕液（为节省同学时间，相同的反应完毕液实验室已准备好。方法是室温下静置24小时以上或于50℃恒温2个小时）分别置于锥形瓶中，放在已调节到25℃的恒温槽中恒温。
3．用移液管吸取已恒温的10.00mL蔗糖溶液至干燥的锥形瓶中，再用另一支移液管吸取已恒温的10.00mL3.0 mol·L-1HCl溶液加入其中（HCl溶液流出一半时即按下秒表开始记时）。迅速混合均匀，并用少量此溶液冲洗10cm长的样品管二次，然后将反应液充满样品管，盖好盖子并擦干样品管外部，立即将样品管放入旋光仪，调节至三分视界消失、暗度相等，先准确记下时间，再读取此时的旋光度读数。开始的20分钟内每2分钟测取一次读数，此后随着反应速度变慢，可将时间间隔逐渐适当放长，每3~5分钟测取一次读数，大约连续测量1.5小时，读数间隔时间如较长，可暂时关闭光源。
4．如上法测定实验温度下反应完毕液的旋光度α∞ 。
注意事项：
1．样品管通常有10厘米和20厘米两种长度，一般选用10厘米长度的，这样换算成比旋光度时较方便。但对于旋光能力较弱或溶液浓度太稀的样品，需用20厘米长的样品管。
2．旋光度受温度的影响较敏感，一般来说，旋光度具有负的温度系数，其间不存在简单的线性关系，且随物质的构型不同而异，但一般均在-（0.01~0.04）
度-1之间，因此，在精密测定时必须用装有恒温水夹套的样品管，恒温水由超级恒温槽循环控制。
3．样品管的玻璃窗片是由光学玻璃制成的，用螺丝帽盖及橡皮垫圈拧紧时，不能拧得过紧，以不漏水为限，否则，光学玻璃会受应力而产生一种附加的偏振作用，给测量造成误差。
4．配制蔗糖溶液前，应先将其经380K烘干。实验结束时，应将样品管洗净，防止酸腐蚀样品管盖。同时，应将锥形瓶洗干净再干燥，以免发生碳化。
四． 数据记录与处理：
实验温度___25℃___________气压_____1atm__________α∞_ -2.25 _ 时间 αt αt-α∞ 8.85 2′56″ 6.60 8.7 4′44″ 6.45 8.55 6′39″ 6.30 8.4 8′18″ 6.15 8.25 10′08″ 6.00 8.05 11′56″ 5.80 7.85 13′40″ 5.60 7.5 15′52″ 5.25 7.2 17′51″ 4.95 7.05 19′50″ 4.80 6.75 22′23″ 4.50 6.4 25′19″ 4.15 6.1 28′25″ 3.85 5.85 31′42″ 3.60 5.5 34′20″ 3.25 5.3 37′25″ 3.05 4.85 40′59″ 2.60 4.55 45′31″ 2.30 3.95 49′38″ 1.70 3.7 54′52″ 1.45 3.4 58′23″ 1.15 3.05 62′52″ 0.80 2.75 67′04″ 0.50 2.5 71′44″ 0.25 2.25 76′36″ 0.00 2 80′48″ -0.25
1．算各时间t的αt-α∞和lg (αt-α∞)数值，填入上表。
lg (αt-α∞) 0.946943271 0.939519253 0.931966115 0.924279286 0.916453949 0.90579588 0.894869657 0.875061263 0.857332496 0.848189117 0.829303773 0.806179974 0.785329835 0.767155866 0.740362689 0.72427587 0.685741739 0.658011397 0.596597096 0.568201724 0.531478917 0.484299839 0.439332694 0.397940009 0.352182518 0.301029996 2．lg (αt-α∞)对t作图，由直线斜率求反应速度常数k，并计算半衰期t1/2 。
1.21.11.00.90.8 lg(?t???)??kt?lg(?0???)2.303lg (αt-α∞)0.70.60.50.40.30.20.10.0020406080t/min由曲线可得其斜率为-0.00827，近而求出反应速率常数k=3.174×10-4s-1,
t12?ln2k=2183s
思考与讨论
1．本实验中是否需要对每一个数据进行零点校正？
2．为什么t=0时，反应液的旋光度可以不测？是否可在测定第一个旋光度时开始计时？为什么？
3．在混合蔗糖溶液和HCl溶液时，可否把蔗糖溶液加入到HCl溶液中去？为什么？
4．本实验中如果不把剩余反应液在恒温槽中加热2小时，则可以在室温下放24小时后再测α∞ ，两种方法t不同，对测定速度常数k有无影响？通常说反应速度常数k要随温度而变化，采用2小时的方法测定α∞ ，是否会影响k的数值？ 五、思考题
1、说出蔗糖溶液在酸性介质中水解反应的产物是什么？此反应为几级反应？
???C6H12O6?C6H12H6答案：C12H22O11?H2O????H??准一级反应
蔗糖 葡萄糖 果糖2、WZZ-2S数字式旋光仪的使用分为哪几步？
答案：①.打开电源开关(POWER仪器左侧),待5-10分钟使钠灯发光稳定。
②.打开光源开关(LIGHT仪器左侧),开关指DC档,此时钠灯在直流电下点燃。 ③.按“测量”键,液晶显示屏应有数字显示。④.清零 ⑤.测量
3、旋光管中的液体有气泡是否会影响实验数据？应如何操作？
答案：会，若管中液体有微小气泡，可将其赶至管一端的凸起部分。 4、本实验为什么可以通过测定反应系统的旋光度来度量反应进程？
答案：在本实验中，蔗糖及其水解产物都具有旋光性，即能够通过它们的旋光度来量
度其浓度。蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以随水解反应的进行，反应体系的旋光度会由右旋逐渐转变为左旋，因此可以利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。
5、旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数实验分哪几步？
答案：①.调节恒温槽的温度在30±0.1℃。 ②.溶液配制与恒温。③.仪器零点校正。
④.测量（1）αt的测定（2）α∞的测定
6、反应开始时，为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中，而不是相反？
答案：因为将反应物蔗糖加入到大量HCl溶液时，由于H+的浓度高，反应速率大，一
旦加入蔗糖则马上会分解产生果糖和葡萄糖，则在放出一半开始时，已经有一部分蔗糖产生了反应，记录t时刻对应的旋光度已经不再准确，影响测量结果。反之，将HCl溶液加到蔗糖溶液中去，由于H+的浓度小，反应速率小，计时之前所进行的反应的量很小。
7、
?t的测量时间是否正好为5， 10，…60分钟? 蔗糖水解过程中体系的旋光度增大还是
减小？
答案：不是，应在旋光度读数稳定后，先记录精确的反应时间，几分几秒，再读旋光
度。由于反应体系的旋光度会由右旋逐渐转变为左旋，蔗糖水解过程中旋光度是在不断减小。 8、加入蔗糖中的蒸馏水的量有无限制？为什么？
答案：有,不能加太多,因要移到25ml容量瓶。 9、本实验需测哪些物理量？
??是如何测得的？
??。
答案：本实验需测不同时刻的?t及??。：将剩余混合液置于50-60℃的水浴中加热30分钟，以加速水解反应，然后冷却至实验温度，测其旋光度，此值即可认为是
