蔗糖水解反应速率
蔗糖水解反应速率常数的测定
贵州大学实验报告大学化学实验II实验报告——物理化学实验学院：化学与化工学院专业：化学工程与工艺班级：化工122 姓名杨云实验日期成绩学号1208110212指导教师同组人汤富勇、殷江、季节实验项目名称蔗糖水解反应速率常数的测定实验目的1、测定一个温度下蔗糖水解反应的速率常数和半衰期2、掌握自动旋光仪的使用方法实验原理蔗糖水溶液在酸性介质下，按下式发生水解反应：C12H22O11 + H2O H+C6H12O6 + C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖上述反应为二级反应，反应速率方程为：-dc蔗/dt=k'c蔗c（1）当溶液浓度较稀时，反应物水是大量的，尽管有部分水参与反应，但可以近似认为在整个反应过程中水的浓度基本是恒定的。
H+是催化剂，其浓度也保持不变。
因此反应可以看作是准一级反应，其速率方程为：-dc蔗/dt=kc蔗（2）将式（2）移项积分，得ln(c0/c t)=kt (3) 式中，C0为反应开始时蔗糖的初始浓度；C t为t时刻蔗糖的浓度,k为速率常数,t为反应时间。
当C t=½C0时,t可用t½表示，即为反应的半衰期。
由式（2）可得t½=ln2/k=0.0693/k (4)测定c t的方法有化学法和物理法两种。
1.化学法化学法即在反应过程中每过若干时间，取出一部分反应混合物，并使取出的反应物迅速停止反应（可采用降温，加阻化剂，稀释等），记录时间，然后此时反应物的浓度（容量法）。
但要使反应迅速停止是有困难的，故误差较大。
2.物理法物理法是根据反应物和生成物的某一物理性质与反应物浓度呈单值对应的特点，通过测定反应体系中物理性质的变化跟踪反应进程。
随着反应的进行，该物理量将不断改变，在不同时间测定该物理量，就可以计算出反应物浓度的改变。
本实验是通过测定体系的旋光度来跟踪反应进程的。
当一束平面偏振光通过某些物质时，其振动方向会发生改变，此时光的振动面旋转一定的角度，这种现象称为物质的旋光现象。
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.根据物质的光学性质研究蔗糖水解反应，测定其反应速率常数。
2.了解旋光仪的基本原理、掌握使用方法。
二、实验安排2人一组，一批10～15人，实验时间4小时。
三、实验原理蔗糖在水中水解成葡萄糖和果糖的反应为612661262112212O H C O H C O H O H C H +−→−++蔗糖（右旋） 葡萄糖（右旋）果糖（左旋）为使水解反应加速，反应在酸性介质中进行，以O H 3作催化剂。
反应中水是大量的，与蔗糖浓度相比，可以认为它的浓度没变，故反应可视为一级，其动力学方程为： kc dt dc =-kt C C t =0ln 积分得 t C C t k 0lg 303.2=或当02/1C C =时，反应的半衰期为k t 2ln 2/1=蔗糖及其水解产物均为旋光物质，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，旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度具有加和性。
若反应时间为∞,,0t 时溶液的旋光度各为∞ααα,,0t ，则溶液浓度与旋光度的关系为：)(00∞-=ααK C)(∞-=ααt K C代入上式，可得：∞∞--=ααααt t k 0lg 303.2 将上式改写成： )lg(303.2)lg(0∞∞-+⋅-=-ααααt k t显然，以)lg(∞-ααt 对t 作图可得一条直线，由直线的斜率即可求得反应速率常数k 。
四、仪器药品旋光仪 1台； 秒表 1个容量瓶（50ml ） 1个； 锥形瓶（100ml ） 2个天平 1台； 移液管（25ml ） 2支烧杯（100ml , 500ml 各1个3mol /LHCl 溶液， 20%蔗糖五、实验步骤1.开动旋光仪预热15-20分钟后开始测定。
2.用自来水洗旋光管（3次），再用蒸馏水洗（3次），然后装满蒸馏水，放入旋光仪暗室中调零点。
3.用移液管取25ml 的蔗糖水溶液于100ml 锥形瓶中，再用另一支移液管吸取25ml3mol/l 盐酸（25ml 移液管滴入一半时开始计时），注入已装满蔗糖水溶液的锥形瓶中，同时记录时间，把溶液摇匀。
蔗糖水解反应速率常数的测定
实验目的
1．用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数，掌握测定反 应速率常数的基本方法，了解古根亥姆动力学数据处 理方法的原理； 2．了解和掌握旋光仪的原理和使用方法。
实验原理
在酸性介质中蔗糖水解反应为： 在酸性介质中蔗糖水解反应为： H+ C12 H 22 O11 + H 2 O → C 6 H 12 O6 + C 6 H 12 O6
ct ln ct = k1t + ln c0 积分得 ln c = k1t 或 0 蔗糖及其水解产物有旋光性，尽管其旋光能力各不相同，
但稀溶液中旋光度与浓度成正比关系，又因体系的旋光度 有加和性，据此可用旋光仪测定体系旋光度随时间得变化 来跟踪浓度的变化，测定速率常数。 据此导出反应物和生成物的浓度与旋光度的关系，代 入积分式可得：
蔗糖（右旋） 葡萄糖（右旋） 果糖（左旋）
在浓度不大的情况下，蔗糖水解所消耗的水量是很小的， 在浓度不大的情况下，蔗糖水解所消耗的水量是很小的， 可认为
c H 2O
Байду номын сангаас
基本保持不变，速率方程简化为： 基本保持不变，速率方程简化为：
d r = cC12 H 22 O11 = K1cC12 H 22O11 dt
旋光管使用示意
思考题
1. 实验中，我们用蒸馏水来校正旋光仪的零点，蔗糖转 化反应过程所测的旋光度是否需要零点校正？为什么？ 2. 混合蔗糖和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液里 去，可否把蔗糖溶液加到盐酸中去？为什么？ 3. 旋光管的凸出部分有何用途？
ln(α t α ∞ ) = K 1t + ln(α 0 α ∞ )
为避免测 α
∞
可用古根亥姆法得到
八、蔗糖水解反应速率常数的测定
物理化学实验报告实验名称：蔗糖水解反应速率常数的测定学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：姓名：学号：指导教师：日期：一、 实验目的1、了解蔗糖水解反应体系中各物质浓度与旋光度之间的关系。
2、测定蔗糖水解反的速率常数和半衰期。
3、了解旋光仪的基本原理，并掌握旋光仪正确的操作技术。
二、实验原理1、反应速率－dtdc只与某反应温度的一次方成正比的反应成为一级反应。
其速率方程通式为：－dtdc =K 1c （1） 积分式为： ln CC O=K 1 t （2）式中C 0为反应物的初始浓度，C 为t 时刻反应物的浓度，为反应的速率常数。
当C=C 0/2时，对应的可用表示1/2表示，成为反应的半衰期，即反应物浓度掉一半所用的时间。
即：反应的半衰期2/1t = k2ln =0.693/ k （3）由式子可以看出，一级反应的半衰期与反应物的初始浓度无关。
即：lnc = ln c o - K 1 t （4）2、蔗糖水解反应的计量方程式为：C 12H 22O 11+H 2O ==== C 6H 12O 6 + C 6H-12O 6蔗糖 葡萄糖 果糖蔗糖水解速率极慢，在酸性介质中反应速率大大加快，故H 3O +为催化剂。
反应中，H 2O 是大量的，反应前后与溶质浓度相比，看成它的浓度不变，故蔗糖水解反应可看做一级反应。
蔗糖及其水解产物均为旋光性物质，蔗糖是右旋的，但水解后的混合物葡萄糖和果糖则为左旋，这是因为左旋的果糖比右旋的葡萄糖旋光度稍大的缘故。
因此，当蔗糖开始水解后，随着时间增长，溶液的右旋光度渐小，逐渐变为左旋，即随着蔗糖浓度减小，溶渡的旋光度在改变。
因此，借助反应系统旋光度的测定，可以测定蔗糖水解的速率。
当其它条件不变时，旋光度α与浓度 c 成正比，即： α=Kc （K 为比例常数） 已知，比旋光度[α蔗糖]20D=+66.6°，[α蔗糖]20D=+52.2°,[ α果糖]20D=-91.9°，所以，当蔗糖水解反应进行时，右旋角度不断减小，当反应终了时，系统经过零度变为左旋。
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。
蔗糖水解反应速率常数的测定
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、根据物质的光学性质研究蔗糖⽔解反应，测定其反应速率常数。
2、了解旋光仪器仪的基本原理,掌握其使⽤⽅法。
⼆、实验原理蔗糖在⽔中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：612661262112212O H C O H C O H O H C +→+它属于⼆级反应，在纯⽔中此反应的速率极慢，通常需要在H+离⼦催化作⽤下进⾏。
由于反应时⽔⼤量存在，尽管有部分⽔分⼦参与反应，仍可近似地认为整个反应过程中⽔的浓度是恒定的，⽽且H+是催化剂,其浓度也保持不变。
因此在⼀定浓度下，反应速度只与蔗糖的浓度有关，蔗糖转化反应可看作为⼀级反应。
⼀级反应的速率⽅程可由下式表⽰：式中：c 为蔗糖溶液浓度，k 为蔗糖在该条件下的⽔解反应速率常数。
令蔗糖开始⽔解反应时浓度为c0，⽔解到某时刻时的蔗糖浓度为ct ，对上式进⾏积分得：该反应的半衰期与k 的关系为：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进程。
测量物质旋光度所⽤的仪器称为旋光仪。
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。
当温度、波长、溶剂⼀定时，旋光度的数值为：[]t D C L αα??=或 KC =αL 为液层厚度，即盛装溶液的旋光管的长度；C 为旋光物质的体积摩尔浓度；[]tD α为⽐旋光度；t 为温度；D 为所⽤光源的波长。
⽐例常数'K 与物质旋光能⼒，溶剂性质，样品管长度，光源的波长，溶液温度等有关。
可见，旋光度与物质的浓度有关，且溶液的旋光度为各组分旋光度之和。
作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其⽐旋光度[]02065.66=D 蔗α；⽣成物中葡萄糖也是右旋性物质，其⽐旋光度[]0205.52=D 葡α；但果糖是左旋性物质，其⽐旋光度[]0209.91-=D 果α。
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质。
蔗糖水解反应速率常数的测定_2
大学化学实验II实验报告——物理化学实验学院：化工学院专业：班级：
数据处理：
反应的速率常数k=0.052
因k=0.052，有公式有半衰期为：=㏑2/k＝0.693/k =0.693/ 0.052=13.33min
问题讨论：
1、蔗糖水解反应过程中是否必须对仪器进行零点校正？为什么？
答：不是必须。
因为旋光仪由于长时间使用，精度和灵敏度变差，故需要对零点进行校正。
若
不校正会使测量值的精确度变差，甚至产生较大的误差。
本实验数据处理时，用旋光度的差值
进行作图和计算，仪器精度误差可以抵消不计，故若不进行零点较正，对结果影响不大。
2、蔗糖溶液为什么可粗略配制？
问题讨论
答：蔗糖水解为一级反应，反应物起始浓度不影响反应速度常数，又因为蔗糖浓度大用量较及
多，量值的有效数字位数较多，故不需要精确称量，只要用上皿天平称量就可以了。
误差分析
3、蔗糖的水解速率常数和哪些因素有关？
答：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。
误差分析：
由计算可得相对误差较小，实验较成功。
可能存在的误差为：
1、.以盐酸流出一半为反应开始计时，由于无法准确判断，所以导致反应时间存在误差。
2、旋光管内存在少许气泡，导致读数存在误差。
成绩：指导教师签
2013 年月日。
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蔗糖水解反应速率常熟的测定
2012.3.19 10031010607工艺六班——梁亚岷 一实验目的
（1） 根据物质的旋光性性质研究蔗糖水解反应，测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期；
（2） 了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；
（3） 了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。
二实验原理
蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应方程式为
C 12H 22O 11+H 2O == C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6 （蔗糖，右旋） （葡萄糖，右旋） （果糖，左旋）
为使水解反应加速，反应常常以氢离子为催化剂，故在酸性介质中进行。
此反应的反应速率与蔗糖的浓度、水的浓度以及催化剂氢离子的浓度有关。
在催化剂氢离子浓度固定的条件下，这是一个二级反应。
由于，此反应中水大量存在，反应到终点时，水的总量可认为没有改变，故此反应可视为一级反应，动力学方程式为：kc dt dc =- 积分后得： kt t
o ln =C C （1） 式中，Co 为反应开始时的反应物浓度：c 为时间t 时的蔗糖浓度，k 为水解反应的速率常数。
从（2）式可以看出,在不同的时间测定反应物的浓度，并以lnct 对t 作图，可得一直线，由直线斜率即可求出反应速率常数k 。
偏振面的转移角度称为旋光度，以表示。
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、光源波长及反应时的温度等因素有关。
当其他条件均固定时，旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系，即：c βα=
物质的旋光能力用比旋光度[α]来表示。
其中，蔗糖
=66.65º， 葡萄糖=52.5º，果糖为=-91.9º，正值表示右旋，负值表示左旋，D 表示钠光灯源。
可见，当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时，体系将经过0，变成左旋。
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。
若以α0、αt 、α∞分别为反应时间0，t ，∞时溶液的旋光度，则可导出：
C 0=C ∞=K （α0-α∞），C-C ∞=K （αt -α∞）
C 0=K （α0-α∞），C=K （αt -α∞）
(2)
将式（2）代人式（1）可得：∞∞0--ln a a a a t =k 1t
或)()(ln ∞-+-=∞-ααααo kt t 上式中ln （a t - a ∝）对t 作图，从所得直线的斜率即可求得反应速率常数k 。
一级反应的半衰期则用下式求取：κ
κ693.02ln 21==t 三.仪器和试剂测试
旋光计（带旋光管），超级恒温水浴，普通水浴锅，锥形瓶（100ml ），移液管（25ml ）
秒表；2mol·
L -1 HCI 溶液,蔗糖。
四.操作步骤
1.实验准备
配制蔗糖溶液，按10 g 蔗糖和50ml 蒸馏水的标准配制。
2.旋光仪调零
在旋光仪中注入纯水，放入旋光仪暗箱中，开启旋光仪电源预热10min ，待钠光灯稳定后，开启测量开关，光屏显示值应为00.000，若不为00.000，则可按清零键使其归零。
3.蔗糖水解过程中t α的测定
将蔗糖溶液与盐酸溶液在锥形瓶按1：1的比例混合，用混合溶液润洗旋光管，润洗后将混合液注入旋光管中，倒满后，盖好玻璃片，旋紧套盖，擦净旋光管两端的玻璃片，立即置于旋光仪中，盖上箱盖，仪器数显窗将显示出该样品的旋光度。
对于剩余在锥形瓶中的混合液，把它连同锥形瓶放到水浴锅中加热。
反应开始5min 后读取第一个数据，以后每过5min 记一次数据，直到有7个数据及以上为止。
4α∞的测定
α∞的测定可以将反应液放置48h 后，在相同温度下测定溶液的旋光度，即α∞值。
为了缩短时间，可将剩余的混合溶液放入60℃的恒温水浴中，加热60min 后取出再装入旋光管测定α∞。
一、 数据处理
t ∕min 5 10 15 20 25 30
35 ∞ 5.580 4.660 3.780 3.025 2.340 1.780 1.285
-1.870 - 7.450 6.530 5.650 4.895 4.210 3.650 3.155
0 ）（∞-ααt ln
2.008 1.876 1.732 1.588 1.437 1.295 1.149 -∞
计算可知，速率常数k 为0.0288，半衰期为：κκ693.02ln 21==t =24.1
六．思考题
1.蔗糖溶液为什么可以粗略配制？
答：本实验需测定的是溶液的旋光度，而蔗糖的准确浓度不参与计算，只需配制与理论差不多的即可，故可以粗略配制。
2.蔗糖的转化速度和哪些因素有关？
答：蔗糖的浓度、水的浓度、氢离子的浓度。
3.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：若将蔗糖倒入盐酸溶液，则由于盐酸大量存在，导致倒入的少许蔗糖反应迅速，甚至完全反应，不利于旋光度的测定。
而将盐酸倒入蔗糖中，由于盐酸的量少，反应速度缓慢，利于旋光度的测定。