实验一蔗糖水解反应速率常数的测定
实验六 一级反应——蔗糖水解速率常数的测定
实验六 一级反应——蔗糖水解速率常数的测定一、实验目的1.测定蔗糖在酸中水解的速率常数。
2.学会使用旋光仪。
二、预习要求1.掌握一级反应的速率方程。
2.了解旋光度的概念。
3.了解旋光度与浓度的关系。
4.了解旋光仪的工作原理及使用方程。
三、实验原理蔗糖水溶液在有氢离子存在时发生水解反应：C 12H 22O 11 + H 2O ——→C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6蔗糖 葡萄糖 果糖蔗糖水解的反应为准一级反应，其速率方程可写成： ㏑,0A A c c =ktln c A =-kt + ln c A ，0 (1) 式中c A ，0为蔗糖的初浓度，c A 为反应进行到t 时刻蔗糖的浓度，ln c A ～t 呈线性， 其直线斜率即为速率常数k 。
蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光物质，它们的比旋光度分别为：[α蔗]20D=66.65°、[α葡]20D =52.5°和[α果]20D = -91.9°。
这里的α表示在20℃时用钠黄光作光源测得的旋光度。
正值表示右旋，负值表示左旋。
由于蔗糖的水解是能进行到底的，又由于生成物中果糖的左旋远大于葡萄糖的右旋，所以生成物呈左旋光性。
随着反应的进行，系统逐渐由右旋变为左旋，直至左旋最大。
设反应开始测得的旋光度为α0，经t 分钟后测得的旋光度为αt ，反应完毕后测得的旋光度为c ∞。
当测定是在同一台仪器、同一光源、同一长度的旋光管中进行时，则浓度的改变正比于旋光度的改变，且比例常数相同。
（A,0c -c ∞）∝（0α-∞α）（A c -c ∞）∝（t α-∞α）又 c ∞= 0所以 ,0A c /c A =（0α-∞α）/（t α-∞α） (2) 将式(2)代入式(1)得ln(t α-∞α)= - kt + ln （0α-∞α） (3)式中（0α-∞α）为常数。
用ln(t α-∞α)对t 作图，所得直线的负斜率即为速率常数k 。
四、实验仪器与试剂旋光仪一台；秒表一块；50ml 容量瓶一个；锥形瓶若干；烧杯若干；移液管若干；天平或台秤一台；恒温槽一个； 蔗糖（A.R ）；3mol/dm 3HCl 溶液五、实验步骤用蒸馏水校正旋光仪的零点，记下检偏镜的旋角α，重复三次取平均值，作为零点误差。
蔗糖水解反应速率常数测定
五、实验注意事项
旋光管中不能有气泡。 旋光管管盖只要旋至不漏水即可。过紧了， 旋钮会造成损坏，或因玻片受力产生而致使 有一定的假旋光。 旋光仪的钠光灯长时间不用，应熄灭灯源， 以保护钠光灯，并尽量避免温度变化对实验 的影响。 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。
t (蔗糖 葡 果 )lc c 0 (蔗糖 葡 果 )lc0 c0
联立以上两式可得：
ln c kt ln c0 t c 0 c0
ln(t ) kt ln(0 )
以 ln(at-a∞) 对t 作图得一直线，由直线斜 率的相反数就是反应速率常数k。
读数
4.35℃旋光度ɑt的测定：方法同上 5.将上述剩余溶液放置于60℃水浴中反应 60min,进行旋光度a∞的测定。
时间t/min t /(°)
四、实验记录及处理
t-∞/(°)
1.根据所测数据作出at~t图。 2.以ln（at- a∞）对t作图,并由直线的斜率求 出反应速率常数k。 3.由k值计算该反应的半衰期。 4.计算反应的活化能。
ln c kt ln c0
t1/ 2 ln 2 0.693 k k
溶液的旋光度与溶液中所含的旋光性 物质的种类、浓度、液层厚度、光源 的波长及反应时的温度有关。 对于蔗糖水解反应，随着反应的进行， 右旋角不断减小，当反应完成时体系 变成左旋。
C12H22O11(蔗) g蔗糖于 烧杯中，用100ml容量瓶配成溶液。 2.校正旋光仪的零点：用蒸馏水将旋光 管洗净并注满，调整旋光度数值旋钮， 使仪器二分视场颜色一致，如下图中 间所示，读取旋光度数值，做零点。
蔗糖水解速率常数的测定
ln(αtα∞)1
A B
ln(αt-α∞)2
0
t1
t2
t(min)
反应速率常数： K k
半衰期：
t1
2
ln 2 K
实验结果与讨论
⑴结果：实测值为Ｋ= ⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？
注意事项：
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；
α=βC
式中：比例常数β与物质旋光能力、溶剂性 质、样品管长度及温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量，
比旋光度用下式表示：
[ ]2D0
l
100 CA
[ ]2D0右上角的20表示实验时温度为200C,
D是指用钠灯光源D线的波长(即589nm),
为测得的旋光度, l为样品管长度(dm),
CA为浓度(g /100ml).
即可开始测量。 （二）旋光仪零点的校正 1．取1 dm 长的盛液管，装满蒸馏水，使液面凸出管，将小圆 玻片沿管口边沿平推盖好，不能带入气泡，然后装上橡皮圈， 旋紧螺帽至不漏水，螺帽不宜旋得太紧，否则使玻片产生扭力， 影响读数。用擦镜纸将管两端的玻片及外壁残液擦干。打开镜 盖，将盛液管置于旋光仪镜筒中，若有气泡，应将气泡放在中 间球形的上面，盖好盖子。 2．调节目镜上视度螺旋至视场中三分视场明暗程度清晰为止。 3．转动刻度盘手轮，使刻度盘的0º线与固定游标尺0º线重合， 从目镜观察三分视场消失，出现较暗的零度视场。如不一致， 缓慢转动刻度盘手轮，直到出现较暗的零度视场，记录刻度盘 读数，此数即为零点。
数据处理
1.计算αt-α∞和ln(αt-α∞)；
2.作ln(αt-α∞) ~ t关系图； 3.计算直线斜率k，反应速率常数K；
蔗糖水解反应速率常数的测定实验报告误差分析
蔗糖水解反应速率常数的测定实验报告误差分析实验目的：研究酵母酶对蔗糖水解的反应速率，测定反应速率常数。
实验原理：蔗糖在酵母酶的催化下水解成葡萄糖和果糖，反应方程式为：C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6水解反应速率符合一级反应的速率方程式为：-d[C12H22O11]/dt = k[C12H22O11]实验步骤：1.准备600ml 0.1mol/L pH=6.8的磷酸缓冲溶液。
2.称取1.5g 酵母、0.5g 氨酸，配制成15%(w/v) 溶液。
3.向50ml磷酸缓冲溶液中加入1.0g蔗糖，大量搅拌溶解。
4.将50ml蔗糖溶液装入恒温水浴中，等温至37℃。
5.加入2.0ml酵母、氨酸混合液，迅速装入比色皿。
6.用紫外-可见分光光度计测定反应体系中蔗糖浓度变化的光密度，记录反应开始后15秒至5分钟内，每15秒一次。
误差来源：1.实验装置的误差。
在反应过程中，实验装置的磁力搅拌器、恒温水浴等可能存在误差，影响反应速率的计算。
2.反应体系的不确定性。
反应体系可能存在其他物质的存在，对反应速率的计算造成影响。
3.实验操作的技术误差。
实验过程中的体积计量、时间控制等操作可能存在误差。
误差分析：1.实验装置的误差。
为了避免实验装置的误差对结果的影响，需要使用标准化的实验装置，并进行一定的校准，以减小误差。
2.反应体系的不确定性。
为了保证反应体系的准确性，需要进行充分的反应前处理，去除可能会干扰反应的其他物质。
另外，在实验计算中，也需要对可能的干扰因素进行考虑和修正。
3.实验操作的技术误差。
为了减小技术误差，需要进行实验操作的训练和规范化，准确控制实验操作的每一个细节，避免误差的出现。
结论：通过对酵母酶催化下蔗糖水解反应速率的测定，可以得出反应速率常数的数值，并对误差源进行分析。
为了准确测定反应速率和反应速率常数，需要注意实验装置标准化、反应体系准确性和实验操作规范化等方面的问题，以减小误差的影响。
实验报告蔗糖水解反应速率常数的测定
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：122211261266126HC H O H O C H O C H O ++−−→+蔗糖葡萄糖果糖为使水解反应加速，反应常常以H 3O +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：dckc dt -= （7-1） 或 01ln ck t c= （7-2）式中：0c 为反应开始时蔗糖的浓度，c 为时间t 时蔗糖的浓度。
当0/2c c =时，t 可用1/2t 表示，即为反应的半衰期。
1/2ln 2t k=（7-3） 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α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[]α这一概念并以下式表示[]tD lcαα=（7-4）式中,t 为实验时的温度；D 为所用光源的波长，α为旋光度,l 为液层厚度（常以10cm 为单位）；c 为浓度（常用100mL 溶液中溶有m 克物质来表示），式可写成： []/100tD l m αα=⋅或 []tD lc αα= （7-5）由（7-5）式可以看出，当其他条件不变时，旋光度α与反应物浓度成正比，即Kc α= （7-6）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系的常数。
蔗糖水解反应速率常数的测定
蔗糖水解反应速率常数的测定实验目的（1）明了旋光度法测定化学反应速率的原理；（2）测定蔗糖水解反应速率常数；（3）掌握旋光仪的使用方法；（4）掌握用图解法求反应速率常数。
实验原理蔗糖溶液在H+离子存在时，按下式进行水解：C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖时间t=0 c00 0t=t c0-c x c x c xt=∞0 c0c0其中，c0为反应物初始浓度，c x为反应进行至t时间的产物浓度，c0-c x为反应进行t时间后反应物的浓度。
此反应中H+离子为催化剂。
当H+离子浓度一定时，此反应在某时间t的反应速率与蔗糖及水浓度一次方的乘积成正比，故为二级反应。
由于在反应过程中水是大大过量，故认为水的浓度在反应过程中不变，这样蔗糖水解反应就可以作为一级反应处理，起速率方程的积分式为：（1）式中，c0为反应开始时蔗糖的浓度；c0-c x为反应至时间t时蔗糖的浓度；k为速率常数。
若测得在反应过程中不同时刻对应的蔗糖浓度，代入上式就可以求出此反应的速率常数k。
而测定各时间所对应的反应物浓度的方法有化学方法与物理方法两种。
化学方法是在反应过程中反应进行若干时间，取出一部分反应混合物，并让其迅速停止反应，记录时间，然后分析与此时间相对应的反应物浓度。
但是要时反应迅速停止在实验上是很困难的，因而所分析的浓度总与取样的时间存在偏差，所以此方法是不够准确的；而物理方法则是利用反应系统中某一物理性质（如电导率、折射率、旋光度、吸收光谱、体积、气压等）与反应物的浓度有直接关系时，通过测量该物理性质的变化就可相应知道反应物浓度的改变。
不过对物理性质有以下要求：（1）物理性质和反应物的浓度要有简单的线性关系，最好是正比关系；（2）在反应过程中反应系统的物理性质要有明显的变化；（3）不能有干扰因素。
这个方法的优点是不需要从反应物系中取出样品，可直接测定，而且可连续地进行分析，方便迅速，还可将物理性质变成电信号进行自动记录等。
物化实验蔗糖水解反应速率常数的测定
蔗糖水解反应速率常数的测定一． 实验目的1. 了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。
2. 熟悉反应物和产物的浓度与其旋光度之间的关系。
3. 用自动旋光仪测定蔗糖在酸催化下水解的反映速率常数和半衰期。
二． 实验原理1. 蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖，反应式为:C 12H 22O 11(蔗糖)+H 2O →C 6H 12O 6(葡萄糖)+C 6H 12O 6(果糖)此反应的反应速率与蔗糖，水及催化剂H +离子的浓度有关。
由于H +离子及水的浓度可近似认为不变，因此，蔗糖水解反应可看作为一级反应（假一级反应）。
2. 此反应速率可由下式表示：-dc/dt=kc积分后可得lnc t =lnc 0-ktc t 为时间t 时反应物的浓度， c 0为反应开始时反应物的浓度，k 为反应速率常数。
3. 反应速率还可以用半衰期t 1/2表示，即反应物浓度为反应开始浓度的一半时所需要的时间。
4. 由2式子可得 -d （c 0-x ）/dt=k （c 0-x ）积分后可得ln(00C C X -)=KX t=0.693k ln 00C C X -当反应进行一半时：t1/2=1k ln000cc1/2c=1kln0c1/2c=ln2k=0.693k5.蔗糖是右旋性物质，比旋光度为66.6°，生成物葡萄糖也是右旋性物质，比旋光度为52.5°，果糖是左旋性物质，比旋光度为-91.9°。
由于果糖的左旋光性比葡萄糖的右旋光性大，所以生成物呈左旋光性。
故随着反应的不断进行，反应体系的旋光性将由右旋变为左旋，直到蔗糖完全水解，这时的左旋角度达到最大值。
三．仪器与试剂WZZ-2B自动旋光仪带塞锥形瓶（150ml）烧杯（100ml）秒表电子台秤移液管（25ml）玻璃棒洗耳球铁夹子HCL（4mol/L）蔗糖（分析纯）四．实验步骤1.插上电源，打开仪器电源开关。
这时钠光灯在交流工作状态下起辉，预热5min，至钠光灯从紫色变到黄色，钠光灯才发光稳定。
蔗糖水解反应速度常数
（3）
（t=∞，蔗糖已完全转化）
当时间为t时，蔗糖浓度为C，此时 旋光度为αt，即：
t 反C 生 (C0 C)
（4）
将(2)、(3)和(4)式代入(1)式即得：
ln(t ) Kt ln(0 )
显然，以ln(αt-α∞)对t作图可得 一直线，从直线斜率即可求得反应速率
常数K。 若知道不同温度下的速率常数，则
溶液的旋光度与溶液中所含旋光物 质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样 品管长度及温度等均有关系。当其它条件 均固定时，旋光度α与反应物浓度Ｃ呈线 性关系，即：α=βC
式中：比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、样 品管长度及温度等有关。
物质的旋光能力用比旋光度来度量， 比旋光度用下式表示：
[ ]2D0
0.4169
1.738
6.213
0.2512
2.255
9.355
35.86
0.4137
Hale Waihona Puke 4.04317.00
60.62
0.9000
11.16
46.76
148.8
1.214
17.455
75.97
注：蔗糖溶液的浓度均为10% 活化能Ea=108kJ/mol
实验结果与讨论
⑴结果：实测值为Ｋ= ⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？
t1 t2
反应速率常数： K k
半衰期：
t1
2
ln 2 K
文献值：
温度和盐酸浓度对蔗糖水解速率常数K的影响
K× 103/min-1 HCl/mol·L-1
25 ℃(298.15K)
K× 103/min-1 30 ℃(308.15K)
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（三）实验步骤
1. 称取10.00g蔗糖，放入50mL烧杯中，加水
溶解，转移到100ML容量瓶中，稀释定容。
2.仪器清零
(1) 向上打开WZZ － 2自动旋光仪电源开关。
(2)过约5分钟钠光灯激活后 ，向上打开光
源开关，钠光灯应亮。若钠光灯熄灭，则再
将光源开关上下反复扳动1－2次，使钠光灯
点亮为正常。
（3）打开测量开关，数码管上应有数字显
示。
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钠光灯
↙
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电源开 →
关
光源开关
↙ ↗
测量开关
清零按钮
↙ ↖
复测按钮
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（4）洗净恒温旋光管，将管子一端的盖
子旋紧，向管内注入蒸馏水，把玻璃片盖 好，使管内无气泡存在。再旋紧套盖，勿 使漏水。用吸水纸擦净旋光管，再用擦镜 纸将管两端的玻璃片擦净。放入旋光仪中 盖上槽盖（试管放置时应注意标记的位置 和方向），按清0按钮清0。
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3.蔗糖水解过程中αt的测定 （1）用移液管取25mL蔗糖溶液置于 100mL烧杯中。移取25mL 4mol·dm-3HCl 溶液加入此烧杯中（加入一半时按下秒表计
时），拌匀。
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（2）先用待测溶液快速润洗旋光管1－2 遍，再将溶液装满旋光管(操作同装蒸馏 水相同)。装好擦净立刻置于旋光仪中 （放置的位置要与清0时相同），盖上槽 盖。测量不同时间t时溶液的旋光度αt。 每隔一定时间，读取一次旋光度，开始 时，可每1min读一次，后来，每2min 读一次。直到旋光度为负值。
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请保护公共仪器设备！ 请注意安全！
谢谢!
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4.α∞的测定 将步骤3剩余的混合液转移置带塞的
锥形瓶中，放入水浴锅近55℃的水浴中 （注意要盖上瓶塞），恒温30min以加
速反应，然后冷却至实验温度，按上述
操作，测定其旋光度，此值即可认为是 α∞。
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5.关机 使用完毕后，依次关闭测量、光源、电
源开关。同时洗净旋光管，并装入蒸馏水。
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将上述三式合并，消去K，则得 co 0 c t
将上式代入一级反应的速率方程，则得
k 1ln0 t t
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整理后，得
ln (αt－α∞)= －k t +ln (α0 －α∞) 若测得不同时刻的αt、α∞，以 ln（αt—α∞）对t作图，从所得直线的斜 率即可求出蔗糖水解反应的反应速率常 数k值。
实验一 蔗糖水解 反应速率常数的测定
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（一）实验目的
• 1.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。
• 2.理解旋光度的概念 和巩固一级反应的动力 学特征。
• 3.掌握用物质的旋光度间接测定反应速率的 原理和方法。
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（二）实验原理
蔗糖的水解反应：
C12H22O11 ＋ H2O H+ C6H12O6 ＋C6H12O6
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（四）实验结果与分析
（1）将时间t、αt 、(αt－α∞) 、 ln(αt－α∞) 列成下表
t(min)
αt
(αt－α∞)
ln(αt－α∞)
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（2）以t为横坐标、 ln(αt－α∞) 为 纵坐标作图得一直线，从直线的斜率求出
反应的速率常数k。 （3）利用k值求出半衰期
旋数值逐渐减小，最后变成左旋。
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• 在相同的测定条件下，旋光度与物质的浓度 成正比，如果设α0、αt、α∞分别为反应开始 时、t时、反应终了时溶液的旋光度，K蔗、 K葡 、K果分别为蔗糖、葡萄糖、果糖的旋 光度与浓度之间的比例系数，则
α0 =K蔗 •C0(t=0,蔗糖尚未转化) αt =K蔗C+(K果+K葡)( C0－C) α∞ =(K果+K葡) C0 (t=∞,蔗糖已完成转化)
蔗糖（A）
葡萄糖（C） 果糖（D）
这是一个二级反应。
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蔗糖具有右旋光性， [ ]2D0 = 66.55o,
水解产生的葡萄糖也为右旋光性, [ ]2D0 =
52. 5o。而果糖为左旋光性，
= [
]
20 D
－91.9o，由于果糖的左旋光性比葡萄糖
的右旋光性大，所以随着反应的进行，右
t1/2 =0.6931/ k=
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（五）注意事项
(1) 旋光管帽不必旋太紧，以不漏水为宜。 (2) 清洗旋光管时，旋光管两端的盖玻片 要放好，以防跌碎。 (3) 测量前旋光管要润洗。 (4) 做的过程要观察钠光灯是否熄灭，若 熄灭，则再将光源开关上下反复扳动1－2 次，使钠光灯点亮为正常。