宁波工程学院 物理化学实验报告
专业班级 姓名 序号 实验日期
同组姓名 指导老师
实验名称 蔗糖水解反应速率常数的测定
一、 实验目的
1、了解蔗糖水解反应体系中各种物质浓度与旋光度之间的关系； 2、测定蔗糖水解反应的速率常数和半衰期；
3、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
反应速率-的通式为
-dc
=k 1c (1) dt
dc
只与某反应物浓度c 的一次方成正比的反应称为一级反应。其速率方程dt
将速率方程(1)移项积分，可得动力学方程：
⎰
c
c 0
-
t dc
=⎰k 1dt 0c
ln
c 0
=k 1t (2) c
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。
c
当c =0时，对应的t 可用t 1/2表示，称为反应的半衰期，即反应物浓度反应掉一半所
2
用的时间。由(2)式很容易得到一级反应的半衰期为
t 1/2=
ln20. 693
= (3) k 1k 1
由（3）式可以看出，一级反应的半衰期与起始浓度无关。这是一级反应的一个特点。
由（2）式可以得到：
ln c =ln c -k 1t
若用1n c 对t 作图应为一直线，由直线的斜线可求速率常数 k 1。 蔗糖水解反应生成葡萄糖和果糖：
C 12H 22O 11+ H2O ==== C6H 12O 6（葡萄糖）+ C6H 12O 6（果糖）
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。此反应的反应速率与蔗糖的浓度、水的浓度以及催化剂H +的浓度有关。但反应过程中，由于水是大量的，可认为水的浓度基本是恒定的，且H +是催化剂，其浓度也保持不变，故反应速率只与蔗糖的浓度有关，所以蔗糖水解反应可看作是一级反应。
蔗糖及水解产物均为旋光性物质，但他们的旋光能力不同，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，测量旋光度所用的仪器称为旋光仪。溶液旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂性质、液层厚度、光源的波长及温度等均有关系。在其它条件均固定时，旋光度与反应物浓度有直线关系，即：
α=Kc
式中K 为比例常数。其值与物质的旋光能力、溶剂性质、溶液厚度、光源的波长、温度等有关。
20
在蔗糖水解反应中，反应物蔗糖是右旋性物质，比旋光度为[α]D =66. 6︒ ，生成物中葡萄糖也是右旋性物质，比旋光度为[α]D =52. 5︒ ，而果糖则是左旋性物质，[α]D =-91. 9︒ 。随着反应的进行，右旋角不断减小。当反应进行到某一时刻，体系的旋光度经过零点，然后左旋角不断增加。当蔗糖完全转化时，左旋角达到最大值 α∞。
设蔗糖尚未转化时，体系最初的旋光度为
20
20
α0=K 反c 0 （4）
体系最终的旋光度为
α∞=K 生c 0 （5）
式中K 反，K 生分别为反应物与生成物的比例常数，c 0为反应物的最初浓度、也是生成物的最后浓度，当时间为t 时，蔗糖的浓度为c ，旋光度为 αt 。
αt =K 反c +K 生(c0-c) （6）
由（4）、（5）、（6）式得
c 0=c =
α0-α∞
K 反-K 生
=K (α0-α∞) （7） =K (αt -α∞) （8）
αt -α∞
K 反-K 生
将（7）、（8）两式代入（2）式得
ln
α0-α∞
=k 1t （9）
αt -α∞
若用 ln (αt -α∞) 对t 作图应为一直线，由直线斜率可求速率常数 k 1。根据（3）式可求反应的半衰期。
三、 实验仪器、试剂
仪器：旋光仪、秒表、恒温水浴、50 ml 移液管、100 ml 磨口锥形瓶、100 ml 烧杯、台秤、洗耳球。
试剂：蔗糖（AR ）、盐酸（3mol/L，AR ）。
四、 实验步骤
1、配制蔗糖溶液：用台秤称取10 g 蔗糖放入烧杯内，加少量蒸馏水溶解后转移到50 ml容量瓶中，稀释至刻度；
2、旋光度的测定：将50 ml 配制好的蔗糖溶液，置于干净的锥形瓶中，再用50ml 移液管吸取3mol/LHCl注入蔗糖溶液中。当盐酸溶液流出一半时，开始计时。HCl 全加入后混合均匀，迅速用少量的混合液洗旋光管两次，然后将反应液加入旋光管内，测定αt ，5min 、10min 、15min 、20min 、25min 、30min 、35min 、40min 、45min 、50min 、55min 、60min ，依次各测一次旋光度；
3、α∞测定：将反应液放置48 h后，在相同温度下测定溶液的旋光度；为了缩短时间，可将剩余的混合液放入60℃的恒温水浴中，加热60 min后取出再装入旋光管测定α∞。
五、 数据记录与处理
3. 以ln (αt -α∞) 对t 作图, 由图所得直线斜率求k 值。
2.939=2
=0.0134，可得K =0. 0134/min =2.233⨯10-4/s 。
70-0
4. 计算反应的半衰期t 1/2。
ln 20. 69320. 6932t 1/2====3104s =51. 73min
k k 2. 233⨯10-4
图中直线斜率k =
六、 注意事项
1、在放置旋光管上的玻璃片时，将玻璃盖片沿管口轻轻推上盖好，再旋紧套盖，勿使其漏水或产生气泡；
2、旋光仪使用中，若两次测定中间间隔时间较长，则应切断电源，让灯管休息一会，在下次使用时提前10 min开启；
3、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。
七、 结果与讨论
实验过程中严格按照实验要求操作，除去最后一个点偏差较大，作图中数据点均呈现较好的线性关系，求得的K 值偏小，可能是因为实验仪器本身的误差造成。
八、 思考题
1、蔗糖的转化速率和哪些条件有关？ 答：实验温度，溶液的浓度，催化剂。
2、为什么配蔗糖溶液可用粗天平称量？
答：蔗糖本身就不纯净, 即使准确称量也不可能配成标准溶液. 浓度是用旋光度来测定的. 所以粗略配置就可以了。
3、在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们把HCl 加到蔗糖溶液中去。如果把蔗糖溶液加到HCl 中，是否对实验有影响？为什么？
答：不能。
由于反应中水是大量的，消耗的水可忽略不计，所以该反应可看作是一级反应。反应速率只与蔗糖的浓度有关。
盐酸只作催化剂。
如果将蔗糖加入盐酸中，蔗糖的起始浓度就是一个变化的值，而且先加入的蔗糖会先水解，影响起始浓度和反应速率。只有将盐酸加入到蔗糖溶液中，所有实验才是在相同条件下进行的。