蔗糖的转化 一级反应思考题解答
实验九旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数思考题答案
实验九旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数思考题答案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？答案：122211261266126H C H O H O C H O C H H +⎡⎤⎣⎦+−−−→+蔗糖 葡萄糖 果糖准一级反应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、溶液配制与恒温这步如何操作？答案：称取5克蔗糖于烧杯中，加少量蒸馏水溶解，移至25ml 容量瓶定容至刻度，将蔗糖溶液注入一锥形瓶中，另用移液管吸取25ml 酸溶液注入另一锥形瓶中，将两个锥形瓶用玻璃塞或橡皮塞盖好后，置于25±0.1℃的恒温槽中恒温10～15分钟。
6、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7、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。
实验11一级反应
物理化学实验备课材料一级反应——蔗糖的转化一、基本介绍蔗糖是由葡萄糖的甘羟基与果糖的甘经基缩合而成的二糖。
在水溶液中，其甘键断裂可进行如下的转化反应:C12H22O11（蔗糖）+H2O C6H12O6（葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）在纯水中此反应进行的速率极慢.通常需要在H十离子催化作用下进行。
此反应是动力学中最早采用物理方法研究的反应之一。
早在1850年，Wilhelmy就对此反应进行了研究，发现此反应对蔗糖的反应级数为1。
影响蔗糖转化反应速率的因素有反应温度、反应物蔗糖和水的浓度、酸催化剂的种类和浓度等。
本实验测定在一定条件下蔗糖转化反应速率常数所采用的物理方法为旋光法。
二、实验目的1、根据物质的光学性质，用测定旋光度的方法测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期。
2、了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系及一级反应的动力学特征。
3、了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法及在化学反应动力学测定中的应用。
三、实验原理反应速率只与某反应物浓度成正比的反应称为一级反应，即速率方程为：式中c是反应物t时刻的浓度，k是反应速率系数。
积分上式得：式中为t = 0时刻的反应物浓度。
一级反应具有以下两个特点：(1)以ln c对于t作图，得一直线，其斜率m = - k。
(2)反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，以t1/2表示。
将代入上式，得一级反应的半衰期为表明一级反应的半衰期t1/2只决定于反应速率常数k，而与反应物起始浓度无关。
蔗糖在酸性溶液中的水解反应为C12H22O11（蔗糖）+H2O C6H12O6（葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）实验表明，该反应的反应速率与蔗糖、水和氢离子三者的浓度均有关。
在氢离子浓度不变的条件下，反应速率只与蔗糖浓度和水的浓度有关，但由于水是大量的，在反应过程中水的浓度可视为不变。
在这个情况下，反应速率只与蔗糖浓度的一次方成正比，其动力学方程式符合r = kc式，所以此反应为准一级反应。
一级反应—蔗糖的水解-问题思考
1. 反应速率常数k1与哪些因素有关？蔗糖稀溶液水解反应是几级反应？其k1的单位是什么？答案：速率常数k与盐酸浓度以及温度有关。
蔗糖稀溶液水解反应是一级反应。
k的单位是s的倒数2．通常情况下旋光度与哪些因素有关？为什么本实验中旋光度α只与蔗糖的浓度有关？答案：与温度，溶液浓度，旋光能力，溶液性质，溶液厚度等。
而在此实验中，除了浓度其余条件均恒定，只有浓度在不断变化，所以之与浓度有关。
3．本实验中为求k1值需测定哪些数据？答案：反应起始旋光度，时刻t内旋光度αt，以及终了时刻的旋光度α∞。
4．本实验中要否校正旋光仪零点？如何从旋光仪上读数？答案：不需要，因为需要的是αt-α∞，所以无须校正旋光度的零点读数：刻度盘分两个半圆，分别标出0º~180º，并有固定游标分为20等份，读数时先看游标的0点落在刻度盘上的位置，记下整数值（0两边较小的一个），再看游标的刻度划线与刻度盘上的刻度划线相重合的点，记下游标尺上的数据为小数点以后的数值。
如遇负值，可先读出刻度盘上刻度，再用180º减去该值即可。
5．如何测定蔗糖水解溶液的α∞？答案：将经60℃水浴加热45 min的反应液冷却，再在30℃水溶中恒温15 min，测其旋光度即为α∞6．蔗糖稀溶液初浓度的大小与反应速率常数k1有无关系？为什么在测定中蔗糖水解溶液必须始终加盖以防蒸发？答案：反应系数跟盐酸浓度和温度有关与稀溶液出浓度无关。
所以盐酸浓度必须恒定，而盐酸又易挥发，所以加盖以来恒定盐酸浓度。
7．蔗糖溶液与HCl溶液恒温后应如何混合？HCl溶液起什么作用？该反应的k1值与HCl溶液浓度有无关系？如何记录反应开始时间？答案：待二锥形瓶中溶液恒温15 min后，取下塞子，将HCl 溶液加入蔗糖溶液，并在HCl溶液加入一半时（注意溶液应迅速加入，且不要洒出锥形瓶外），开动停表作为反应的开始时间，并将混合液来回倒2～3次。
用少量反应液荡洗旋光管2～3次，然后注满旋光管，盖好玻璃片，旋上套盖，并检查有无漏液和有无气泡。
蔗糖的转化实验报告思考题
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，所测的旋光度是否需要零点校正？为什么？
答：(1)因为水是非旋光性物质，其旋光度为0。
(2)不需要。
因为作
图时，已将零点抵消掉
了，因此不作零点校正，对计算反应速度常数无任何影响。
2、蔗糖溶液为什么可粗略配制？
答：因该反应为(准)一级反应，只需作
图，根据斜率
便可求其反应速率常数k，并且该反应的半衰期与起始浓度无关，故蔗糖溶液可粗略配制。
3、蔗糖的转化速率常数k与哪些因素有关？
答：温度，催化剂种类、浓度。
4、试分析本实验误差来源？怎样减少实验误差？
答：（1）光源波长，须恒定。
（2）温度，应等温度恒定后在开始实验测量。
（3）操作误差，为减少误差，玻璃片应擦净，旋光管中不能有气泡，两次测量之间务必将旋光管洗净并润洗。
一级反应----蔗糖水解
• 用移液管吸取25ml10％蔗糖溶液加入到5
0ml的磨口三角瓶中。
• 把剩余的水解反应液，放在电热恒 温水浴锅中，在60℃条件下恒温30 分钟，然后移到超级恒温器中恒温1 5分钟。 • 测定完全水解的旋光度的值即α∞。
实验数据记录
实验日期： ； 超级恒温器温度： ℃；旋光仪零点： 。 αt的测定：
时间(min)
旋光度αt
最终旋光度α∞=
。
数据处理
1.计算αt-α∞和ln(αt-α∞)；
思考题
1.在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，是将盐酸溶 液加到蔗糖溶液中，可否将蔗糖溶液加到盐酸 溶液中？为什么？ 2.若不用蒸馏水校正旋光仪的零点，是否会影响 实验结果的准确度？ 3.如何从实验结果，分析说明蔗糖水解反应为一 级反应？影响反应速率常数的因素有哪些？ 4.测定α∞时，蔗糖水解反应液恒温的温度不能 超过60℃。为什么？
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； 2.样品管洗涤及装液时要保管好玻璃片和橡皮 垫圈，防止摔碎或丢失； 3.配制蔗糖溶液时要注意使蔗糖固体全部溶解， 并充分混均溶液； 4.测定α∞时，要注意被测样品在50~60℃条件 恒温50min后(但不能超过60℃，否则有副反 应发生)，移到超级恒温器中再恒温20min； 5.必须对旋光仪调零校正，若调不到零，需要 进行数据校正。
旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数思考题答案解析
实验八十一 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1. 简述旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数的实验原理。
答：蔗糖在水中转化为葡萄糖与果糖，其反应为：()()()果糖葡萄糖蔗糖612661262112212O H C O H C O H O H C H +−→−++由于水是大量存在的，H +是催化剂，反应中它们浓度基本不变，因此蔗糖在酸性溶液中的转化反应是准一级反应。
kt c c -=0ln ln 由一级反应的积分方程可知，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以ln c 对t 作图，可得一直线，由直线斜率可得k 。
然而反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。
但蔗糖及其转化产物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。
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，当其他条件均固定时，α＝βc 。
物质的旋光能力用比旋光度来度量：[]AD c l ⋅⋅=100 20αα λD =589nm ，l 为样品管长度（dm ），c A 为浓度（g/100ml ）蔗糖是右旋性物质，其[]6.66 20＝D α，葡萄糖是右旋性物质，其[] 5.52 20＝D α，果糖是左旋性物质，其[]9.91 20-＝D α，因此随着反应的进行反应体系的旋光度由右旋变为左旋。
()()()()()()()()kt kt c c c c c c c xx x O H C O H C O H O H C t t t H ----=-=--=∞=-=--=⇒-+==→→→∞→===+−→−+∞∞∞∞∞∞∞+ααααααβββααβαααβββααββαβα00,00,000t 000000612661262112212ln ln ln ln c t c t t0t c c 0 t -c c t t 00 c 0t ＝得：带入＝时：＝时：＝时：果糖葡萄糖蔗糖生反生生反生反反在某一温度下测出反应体系不同反应时刻t 时的a t 及a ∞，以()∞-ααt ln 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 ，半衰期k t 2ln 21=。
一级反应—蔗糖的转化
式中比例常数K与物质之旋光能力，溶剂性质，样品管长度、温度 等有关。物质的旋光能力用比旋光度来蘅量，此旋光度可用下式 表示： [α]D20=α*100/LC 〈5〉 式中： 20为实验时温度为20º，D是指所用钠光灯光源D线，波长589纳米， α为测定的旋光度（度），L为样品管的长度（分米），C为浓度 （克/100ml） 作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度：[α]D20=66.6º， 生成物中葡萄糖是右旋物质，其比旋光度[α]D20=52.5º，但是果 糖是左旋性物质，其比旋光度[α]D20=-91.9º。由于生成物中果糖 之左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈现左旋性质。因此， 随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体 系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化， 这时左旋角达到最大值α∞。 设体系最初的旋光度为： α0=K反CAO（t=0 蔗糖尚未转化） 〈6〉 最终体系的旋光度为： α∞=K生CAO（t=∞蔗糖已完全转化） 〈7〉
管吸取蔗糖溶液放入100ml容量瓶中，再用25ml移液管吸取4N HCL溶液加入蔗糖溶液里，并使之均匀混合，注意从HCL溶液由 移液管流出一半时开始记时，迅速用少量反应液荡洗样品管二次， 然后将反应液装满样品管，盖好盖子并擦干，按相同的位置和方 向放入样品室，盖好箱盖。 <2.> 示数盘将转出该样品的旋光度。（整数加小数）示数盘上黑色示 值为右旋（+），红色示值为左旋（-），逐次掀下复测按钮，重 复读三次，取平均值 。 第一个数据要求离开反应起始时间1—2分钟，为了多读一些数据， 所以反应20分钟内每分钟测量一次，以后反应物浓度降低，反应 速度变慢，可将每次测量的时间适当放长，从反应开始大约需要 连续测量1小时，一直测到α值为负值为止，由于反应物混合液 的酸度很大，因此样品管一定要擦净后，才能放进旋光仪以免管 外沾附的反应液腐蚀旋光仪，实验结束后必须擦净样品管，洗净 移液管容量瓶等。
物理化学实验报告 蔗糖的转化
实验名称：蔗糖的转化实验日期：2011年3月29日姓名：王一航编号：14—1学号：00927003室温：23.1 ℃大气压：101.99kPa【摘要】蔗糖转化是一级反应，若催化剂H+浓度固定，水大量存在，则其反应速率只与蔗糖浓度成正比。
本实验利用反应物蔗糖(右旋性)及生成物果糖(左旋性)的旋光度不同，旋光度与物质浓度的正比关系，通过测定反应不同时间的旋光度，拟合lg(αt－α∞)与t关系曲线，即可测定蔗糖转化的反应级数、求得反应速率常数k，并由k值计算反应的半衰期t1/2【引言】一、实验目的：1． 根据物质的光学性质研究蔗糖转化反应，测定其反应级数、速度常数和半衰期 2． 了解旋光仪的基本原理，并掌握其正确的操作技术二、实验原理： 1. 一级反应：反应速率只与某反应物浓度成正比：—kc dtdc=，ln(c 0/c t )=kt K:反应速率常数；c t ：反应物在时间t 时浓度。
设反应物起始浓度为a ，t 时间内已经起反应的反应物浓度为x ，则在t 时反应速率为：-d(a-x)/dt=k(a-x)，积分可得t=1/k*ln(a/a-x)半衰期(x=a/2时所需时间)： t 1/2=1/k*ln(a/a-1/2a)=0.693/k 2. 蔗糖反应：反应式：C 12H 22O 11 + H 2O −→−+H C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6(蔗糖) (葡萄糖) (果糖)在催化剂H +浓度固定、水大量存在下，可认为反应速率只与蔗糖浓度成正比，即为一级反应。
3. 反应的旋光性：蔗糖为右旋性，比旋光度[]20D α=66.6°，生成物葡萄糖为右旋性，[]20D α=52.5°，果糖为左旋性，[]20D α=-91.9°.因为旋光度与反应物浓度成正比α=Kc,（ K 与物质旋光度、溶剂性质、溶液厚度、温度有关），可用体系反应过程中旋光度变化测量反应进程。
蔗糖水解时，右旋角不断变小，反应终了时，体系变成左旋。
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一级反应思考题解答
1．在测量蔗糖转化速率常数的，选用长的旋光管好？还是短的旋光管好？
答：选用较长的旋光管好。
根据公式〔α〕＝α×1000/Lc，在其它条件不变情况下，L越长，α越大，则α的相对测量误差越小。
2．如何根据蔗糖、葡萄糖和果糟的比旋光度计算α0和α∞?
答：α0＝〔α蔗糖〕Dt℃L[蔗糖]0/100
α∞＝〔α葡萄糖〕Dt℃L[葡萄糖]∞/100＋〔α果糖〕Dt℃L[果糖]∞/100
式中：[α蔗糖]Dt℃，[α葡萄糖]Dt℃，[α果糖]Dt℃分别表示用钠黄光作光源在t℃时蔗糖、葡萄糖和果糖的比旋光度，L(用dm表示)为旋光管的长度，[蔗糖]0为反应液中蔗糖的初始浓度，[葡萄糖]∞和[果糖]∞表示葡萄糖和果糖在反应完成时的浓度。
设t＝20℃ L=2 dm [蔗糖]0=10g/100mL 则：
α0＝66.6×2×10/100＝13.32°
α∞＝ ×2×10/100×（52.2-91.9）＝－3.94°
3．在旋光度的测量中，为什么要对零点进行校正?可否用蒸馏水来进行
校正?在本实验中若不进行校正，对结果是否有影响?
答：若需要精确测量α的绝对值，则需要对仪器零点进行校正，因为仪器本身有一系统误差；水本身没有旋光性，故可用来校正仪器零点。
本实验测定k不需要对α进行零点校正，因为αt，α∞是在同一台仪器上测量，而结果是以ln(αt－α∞)对t作图求得的。
4．记录反应开始的时间晚了一些，是否影响k值的测定?为什么?
答：不会影响；因为蔗糖转化反应对蔗糖为一级反应，本实验是
以ln(αt－α∞)对t作图求k，不需要α0的数值。
5．如何判断某一旋光物质是左旋还是右旋?
答：根据公式[α]t℃D＝α×100/Lc，在其它条件不变的情况下，α与浓度成正比。
配制若干不同浓度的溶液，测定其旋光度。
即可判断。
6．配制蔗糖溶液时称量不够准确或实验所用蔗糖不纯对实验有什么影响?
答：此反应对蔗糖为一级反应，利用实验数据求k时不需要知道蔗糖的初始浓度。
所以配溶液时可用粗天平称量。
若蔗糖中的不纯物对
反应本身无影影响，则对实验结果也无影响。
7．在数据处理中，由αt—t曲线上读取等时间间隔t时的αt值这称为数据的匀整，此法有何意义?什么情况下采用此法?
答：此法便于用Guggenheim法或Kezdy—Swinboure法对实验数据进行处理，当α∞无法求出时可采用此法。
8．使用旋光仪时以三分视野消失且较暗的位置读数，能否以三分视野消失且较亮的位置读数?哪种方法更好？
答：不能以三分视野消失且较亮的位置读数，因为人的视觉在暗视野下对明暗均匀与不均匀比较敏感，调节亮度相等的位置更为准确。
若采用视场明亮的三分视野，则不易辨明三个视场的消失。
9·本实验中旋光仪的光源改用其它波长的单色光而不用钠光灯可以吗？
这要取决于所用光源的波长，波长接近纳黄光或比钠黄光的波长长时可采用，因为单色光的散射作用与波长有关，波长越短，散射作用越强，而在该实验中所观察的是透过光，因此应选用波长较长的单色光，通常选用钠黄光。