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11蔗糖水解反应速度常数的测定
实验十一 蔗糖水解反应速度常数的测定
一、实验目的
1．根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应速度常数。
2．了解旋光仪的基本原理、掌握使用方法。
3．学习用Origin或Excel处理实验数据。
二、实验原理
蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为：
为使水解反应加速，反应常常以作催化剂，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：
（
11-1）
或 （11-2）
式中：c0为反应开始时蔗糖的浓度，c为反应时间t时蔗糖的浓度。当时，t可用表示，即为反应的半衰期。
（11-3）
上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速度常数k而与反应物起始浓度无关，这是一级反应的一个特点。
蔗糖及其水解产物均为旋光性物质。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物质，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
蔗糖是右旋性物质（比旋光度，产物中葡萄糖也是右旋性物质（比旋光度）果糖是左旋性物质（比旋光度），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（加合性）。若反应时间为0、t、∞时溶液的旋光度各为、、，则可导出：
（11-7）
可改写为 （11-8）
由（11-8）式可以看出如以对t作图可得一直线，由直线的斜率即可求得反应速度常数k。
本实验就是用旋光仪测定、值，通过作图由截距可得到
。
三、仪器和试剂
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；
电子天平1台；
锥形瓶（100mL）2个；
移液管（25mL）2支；
烧杯（100mL、500mL）各1个；
2HCI溶液；
蔗糖（分析纯）。
四、操作步骤
旋光管
1．将恒温槽调节到25℃恒温，然后将旋光管的外套接上恒温水，。
2．旋光仪零点的校正
打开旋光仪电源开关，预热10min。洗净旋光管各部分零件，将旋光管一端的盖子旋紧，向管内注入蒸馏水，取玻璃盖片沿管口轻轻推入，盖好后再旋紧套盖（操作时不要用力过猛，以免压碎玻璃
片），勿使其漏水或有气泡产生。用滤纸或干布擦净旋光管两端玻璃片，并放入旋光仪中，盖上槽盖，调节目镜使视野清晰，然后旋转检偏镜，使在视野中能观察到明暗相等的三分视野为止（注意：在暗视野下进行测定），记下刻度盘读数，重复操作三次，取其平均值此即为旋光仪的零点。测毕取出旋光管，倒出蒸馏水。
3．蔗糖水解过程中的测定
用移液管取25mL蔗糖溶液和25mL 2HCl溶液分别注人两个100mL干燥的锥形瓶中，并将这两个锥形瓶同时置于恒温槽中恒温10～15分钟。待恒温后将HCl溶液加到蔗糖溶液的锥形瓶中混合，并在HCl溶液加入一半体积时按下秒表作为反应的开始时刻（要连续将HCl溶液全部加入），振荡均匀后，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（检查是否漏气和是否有气泡），擦净旋光管两端玻璃片，立刻置于旋光仪中盖上槽盖。测量各时间
t时溶液的旋光度，由于是在线实时监测，测定时要迅速准确，当三分视野暗度调节相同后，先记下时间再读取旋光度数值。可在测定第一个旋光度数值之后的5、10、15、20、30、45、65和90min各测一次。
4．的测定
为了得到反应终了时的旋光度，将步骤3中剩余的混合液保留好，48h后重新恒温观测其旋光度，此值即为。也可将剩余的混合液置于60℃左右的水浴中恒温30min，以加速水解反应，然后冷却至实验温度，按上述操作，测其旋光度，此值即可认为是。
需要注意的是测到30min后，每次测量后应将钠光灯熄灭，以免因长期过热使用而损坏，但在下一次测量之前需提前10min打开钠光灯，使光源稳定。另外，实验结束时应立刻将旋光管洗净擦