山大物化实验

实验二十蔗糖的转化

【目的要求】

1. 测定不同温度时蔗糖转化反应的速率常数和半衰期，并求算蔗糖转化反应的活化能。

2. 了解旋光仪的构造、工作原理，掌握旋光仪的使用方法。

【实验原理】

蔗糖转化反应为： C

12H

22

O

11

+ H

2

O → C

6

H

12

O

6

+ C

6

H

12

O

6

蔗糖葡萄糖果糖

为使水解反应加速，常以酸为催化剂，故反应在酸性介质中进行。由于反应中水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，但仍可近似地认为整个反应中水的浓度是恒定的。而H＋是催化剂，其浓度也保持不变。因此，蔗糖转化反应可

视为一级反应。其动力学方程为

(1)

式中，k为反应速率常数；C为时间t时的反应物浓度。

将(1)式积分

得： (2)

式中，C

为反应物的初始浓度。

当C=1/2C

时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。由(2)式可得：

(3)

蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。

为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示：

[α] tD (4) 式中，t为实验温度(℃)；D为光源波长；α为旋光度；l为液层厚度(m)；C为浓度(kg²m-3)。

由(4)式可知，当其它条件不变时，旋光度α与浓度C成正比。即：

α＝KC (5)

式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。

在蔗糖的水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α] 20D =66.6°。产物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[α] 20D =52.5°；而产物中的果糖则是左旋性物质，其比旋光度[α] 20D =—91.9°。因此，随着水解反应的进行，右旋角不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为0，t，∞时溶液的旋光度分别用α

，αt，α∞表示。则：

α0＝K反C0 (表示蔗糖未转化) (6)

α∞＝K生C0 (表示蔗糖已完全转化) (7) 式(6)、(7)中的K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。

αt＝K反C＋K生（C0－C） (8) 由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得：

(9)

(10) 将(9)、(10)两式代入(2)式即得：

(11)

由(11)式可见，以ln(α

t －α

∞

)对t作图为一直线，由该直线的斜率即可求得反

应速率常数k。进而可求得半衰期t

1/2

。

根据阿累尼乌斯公式，可求出蔗糖转化反应的活化能E

a

。【仪器试剂】

旋光仪1台；恒温旋光管1只；恒温槽1台；台称1台；停表1块；烧杯(100mL，

1只)；移液管(30mL，2支)；带塞三角瓶(100mL，2只)。

HCl(3mol²dm-3)；蔗糖(A.R.)。

【实验步骤】

1. 将恒温槽调节到(25.0±0.1)℃恒温，然后在恒温旋光管中接上恒温水。

2. 旋光仪零点的校正洗净恒温旋光管，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（或小气泡）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开启旋光仪，校正旋光仪零点。

3. 蔗糖水解过程中α

t

的测定用台称称取15g蔗糖，放入100mL烧杯中，加入75mL蒸馏水配成溶液(若溶液混浊则需过滤)。用移液管取30mL蔗糖溶液置于100mL带塞三角瓶中。移取30mL3mol²dm-3HCl溶液于另一只100mL带塞三角瓶中。一起放入恒温槽内，恒温10min。取出两只三角瓶，将HCl迅速倒入蔗糖中，来回倒三次，使之充分混合。并且在加入HCl时开始记时，立即用少量混合液荡洗旋光管两次，将混合液装满旋光管(操作同装蒸馏水相同)。擦净后立刻置于旋光仪中，盖上槽盖。每隔一定时间，读取一次旋光度，开始时，可每3min读一次，30min后，每5min读一次。测定1h。

4. α

∞

的测定将步骤3剩余的混合液置于近60℃的水浴中，恒温至少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，此值即为α

∞

。

5. 另取30ml蔗糖溶液，将恒温槽调节到(30.0±0.1)℃恒温，按实验步骤3、4

测定30.0℃时的α

t 及α

∞

。

【注意事项】

—装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。

—在测定α

∞

时，通过加热使反应速度加快转化完全。但加热温度不要超过60℃，加热过程要防止水的挥发致使溶液浓度变化。

—由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管洗净。

【数据处理】

1.设计实验数据表，记录温度、盐酸浓度、α

t、α

∞

等数据，计算不同时刻时αt

－α∞和ln(α

t －α

∞

)。

2. 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。

3. 计算蔗糖转化反应的半衰期t1/2。

4. 由两个温度下测得的k值计算反应的活化能。

思考题

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？

2. 蔗糖溶液为什么可粗略配制？

3. 蔗糖的转化速率常数k与哪些因素有关？

4. 试分析本实验误差来源，怎样减少实验误差？

思考题

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？

(1) 因水是溶剂且为非旋光性物质。(2) 不需，因作lg( αt- α∞) ～t 图，不作零点校正，对计算反应速度常数无影响。

2. 蔗糖溶液为什么可粗略配制？

因该反应为( 准) 一级反应，而一级反应的速率常数、半衰期与起始浓度无关，只需测得dC/dt 即可。

3. 蔗糖的转化速率常数k与哪些因素有关？

温度，催化剂浓度

4. 试分析本实验误差来源，怎样减少实验误差？

、试分析本实验误差来源？怎样减少实验误差？

：温度、光源波长须恒定、蔗糖溶液要现用现配。