實(shí)驗(yàn)三、蔗糖水解反應(yīng)速度常數(shù)的測(cè)定

蔗糖水解反應(yīng)速度常數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理三、藥品儀器四、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)記錄六、數(shù)據(jù)處理七、注意事項(xiàng)八、思考題一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)和半衰期；2.了解反應(yīng)物濃度與旋光度之間的關(guān)系；3.了解旋光儀的基本原理，掌握正確使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理蔗糖經(jīng)酸性水解后，產(chǎn)生一分子葡萄糖和一分子果糖：蔗糖葡萄糖果糖

該反應(yīng)在純水中此反應(yīng)的速率極慢，通常需要在H+離子催化作用下進(jìn)行。由于反應(yīng)時(shí)水是大量存在的，盡管有部分參與了反應(yīng)，仍可近似地認(rèn)為整個(gè)反應(yīng)過程中水的濃度是恒定的；而且H+是催化劑，其濃度也保持不變。因此蔗糖反應(yīng)可看作為假一級(jí)反應(yīng)。一級(jí)反應(yīng)的速率方程為：式中：C為時(shí)間t時(shí)的反應(yīng)物濃度，積分可得：式中：C0為反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物濃度。k為反應(yīng)速率常數(shù)。（1）

因?yàn)檎崽羌捌滢D(zhuǎn)化產(chǎn)物都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應(yīng)進(jìn)程中旋光度變化來度量反應(yīng)進(jìn)程。本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)定反應(yīng)液的旋光度來求得蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)K和半衰期t1/2。

溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質(zhì)的旋光能力、溶劑性質(zhì)、溶液濃度、樣品管長(zhǎng)度及溫度等均有關(guān)系。當(dāng)其它條件均固定時(shí)，旋光度α與反應(yīng)物濃度Ｃ呈線性關(guān)系，即：α=βC

式中：比例常數(shù)β與物質(zhì)旋光能力、溶劑性質(zhì)、樣品管長(zhǎng)度及溫度等有關(guān)。物質(zhì)的旋光能力用比旋光度來度量，比旋光度用下式表示：

反應(yīng)物蔗糖是右旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]D20=66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]D20=52.5o；但果糖是左旋性物質(zhì)，其比旋光度[α]D20=-91.9o。

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質(zhì)。因此隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系的右旋角不斷減少，反應(yīng)至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全水解，這時(shí)左旋角達(dá)到最大值α∞。設(shè)體系最初的旋光度為：（t=0，蔗糖尚未轉(zhuǎn)化）當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，蔗糖濃度為C，此時(shí)旋光度為αt，即：體系最終的旋光度為：（t=∞，蔗糖已完全轉(zhuǎn)化）（2）（3）（4）將(2)、(3)和(4)式代入(1)式即得：

顯然，以ln(αt-α∞)對(duì)t作圖可得一直線，從直線斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)k。三、藥品儀器1.旋光儀；2.旋光管；3.恒溫槽；4.移液管、錐形瓶、5.燒杯、臺(tái)秤、秒表；6.蔗糖(AR)、HCl(2.5mol/L)四、實(shí)驗(yàn)步驟開啟恒溫器旋光儀開關(guān)稱取蔗糖配制鹽酸調(diào)節(jié)溫度儀器調(diào)零水解過程的旋光度測(cè)定完全水解的旋光度測(cè)定蔗糖鹽酸恒溫10分1.溫度設(shè)定：調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度為30℃。2.旋光儀零點(diǎn)校正：

旋光儀提前打開電源，預(yù)熱10min，鈉燈發(fā)光正常。用蒸餾水校正儀器的零點(diǎn)：蒸餾水為非旋光性物質(zhì)，可用來校正儀器的零點(diǎn)（即α=0時(shí)，儀器對(duì)應(yīng)的刻度）。洗凈樣品管，將樣品管一端蓋子打開，倒入蒸餾水，使液體成一突出液面，然后蓋上玻璃片，此時(shí)管內(nèi)不應(yīng)有空氣泡存在，再旋上套蓋，使玻璃片緊貼旋光管，勿使漏水。但必須注意旋緊套蓋時(shí)，不能用力過猛，以免壓碎玻璃片，用濾紙擦干樣品管，再用擦鏡紙將樣品管兩端的玻璃片擦干凈。將裝有蒸餾水的旋光管放入旋光儀調(diào)目鏡聚焦，使視野清晰；調(diào)檢偏鏡至三分視野暗度相等為止，記錄游標(biāo)（右邊）刻度為檢偏鏡旋角，記錄儀器零點(diǎn)。讀數(shù)三次取平均值，即為零點(diǎn)，用來校正儀器的系統(tǒng)誤差。

3.蔗糖水解過程中at的測(cè)定在燒杯中稱取約14g蔗糖，然后加入70ml蒸餾水溶解，靜置澄清，移取上層清夜50ml倒入150ml的磨口三角瓶中。用移液管吸取50ml2.5mol/L鹽酸加入到50ml磨口三角瓶中。把兩個(gè)三角瓶同時(shí)放入恒溫槽中，恒溫10分鐘。10分鐘后，把鹽酸溶液倒入到蔗糖溶液中，加入一半時(shí)開始計(jì)時(shí)，全部加入后搖勻。（注意：秒表一經(jīng)啟動(dòng)，勿停直至實(shí)驗(yàn)完畢）。迅速用反應(yīng)混合液將樣品管洗滌三次后，將反應(yīng)混合液裝滿樣品管，擦凈后放入旋光儀，測(cè)定規(guī)定時(shí)間的旋光度。測(cè)得第一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)間應(yīng)該為反應(yīng)開始的前三分鐘內(nèi)。測(cè)量時(shí)先將三分視場(chǎng)調(diào)節(jié)到全暗，記錄時(shí)間（注意時(shí)間要記錄準(zhǔn)確，以實(shí)際反應(yīng)時(shí)間為準(zhǔn)），后讀數(shù)。反應(yīng)開始的30min之內(nèi)，每隔3分鐘讀數(shù)一次，30min后，由于反應(yīng)物濃度降低反應(yīng)速率變慢，可將每次測(cè)量時(shí)間間隔適當(dāng)延長(zhǎng)至5-10min，一直測(cè)定到旋光度為負(fù)值，并要測(cè)量4～5個(gè)負(fù)值為止。4.α∞的測(cè)定把剩余的水解反應(yīng)液，在55℃條件下恒溫50分鐘，然后在實(shí)驗(yàn)溫度恒溫10min。測(cè)定完全水解的旋光度的值即a。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)日期：

；實(shí)驗(yàn)溫度：

℃；旋光儀零點(diǎn)：

。αt的測(cè)定：最終旋光度α∞=

。

時(shí)間(min)旋光度αt六、數(shù)據(jù)處理1.計(jì)算αt-α∞和ln(αt-α∞)；2.作ln(αt-α∞)~t關(guān)系圖；3.計(jì)算直線斜率k，反應(yīng)速率常數(shù)k；4.求出半衰期t1/2；5.文獻(xiàn)值。計(jì)算αt-α∞和ln(αt-α∞)的結(jié)果時(shí)間(min)αt-α∞ln(αt-α∞)文獻(xiàn)值：溫度和鹽酸濃度對(duì)蔗糖水解速率常數(shù)K的影響HCl/mol·L-1K×103/min-1K×103/min-1K×103/min-125℃(298.15K)30℃(308.15K)35℃(318.15K)0.05020.41691.7386.2130.25122.2559.35535.860.41374.04317.0060.620.900011.1646.76148.81.21417.45575.97注：蔗糖溶液的濃度均為10%

活化能Ea=108kJ/mol七、注意事項(xiàng)：1.裝液的樣品管內(nèi)不能有氣泡，樣品管密封好，勿漏液；2.樣品管洗滌及裝液時(shí)要保管好玻璃片和橡皮墊圈；3.配蔗糖溶液時(shí)要注意使蔗糖固體全部溶解，充分混均；4.測(cè)定α∞時(shí)，要注意被測(cè)樣品在50~60℃條件但不能超過60℃，否則有副反應(yīng)發(fā)生5.必須對(duì)旋光儀調(diào)零校正。八、思考題

1.在混合蔗糖溶液和鹽酸溶液時(shí)，是將鹽