蔗糖转化反应动力学
姓名 学号 班级 实验日期
1 实验目的
(1) 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) 学习旋光度测量方法及在化学反应动力学研究中的应用。
2 实验原理
蔗糖溶液在酸性介质中可水解生成葡萄糖和果糖。反应如下： C12H22O11?H2O?C6H12O6葡萄糖?C6H12O6果糖
水解反应中，水是大量的，虽然有部分水分子参加了反应，但与溶质浓度的改变相比可以认为它的浓度是恒定的，而且氢离子是催化剂，其浓度也保持不变，故反应速率只与蔗糖浓度有关，可视为一级反应，其速率方程为：? 积分上式得：lnH?????dc?kc dtc0?kt cln20.693? kk 反应的半衰期与反应速率常数的关系式为：t1?2由积分式不难看出：只要测得不同反应时刻对应的反应物浓度，就可以lnc对c作图得
到一条直线，由直线斜率求得反应速率常数。然而，反应是在不断进行，要快速分析出不同时刻反应物的浓度是困难的。在本实验中，蔗糖及其水解产物都具有旋光性，即能够通过它们的偏振光的偏振面旋转一定的角度(该角度称为旋光度，常以α 符号表示)，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。
当其它条件不变时，旋光度与物质浓度成正比，即??AC 蔗糖是右旋物质，产物中葡萄糖也是右旋物质，果糖是左旋物质。因此当水解反应进行时，右旋角不断减小，当反应终了时，体系将经过零变成左旋。
设?0、?t和 ??分别表示反应在起始时刻、t时刻和无限长时体系的旋光度。反应在相同条件下进行，旋光度与浓度成正比，而且溶液的旋光度为各组成旋光度之和。 由??AC可导出
C0?K(?0???) C0?K(?t???)
由ln????c0?kt ?kt可导出 ln0?t???c以ln(?0???)对时间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。
3 实验操作
（1）配制蔗糖水溶液：10.0g蔗糖用少量水溶解，定容至50ml。 （2）配制50ml的4mol?l?1HCl溶液。
（3）混合蔗糖与HCl溶液，同时开始计时，在3min内测量?1。之后每隔1~3min测一次，同时记录相应时间，每次测量完后将测试管于25℃水中恒温。
（4）剩余混合液置于55℃水浴中保温30min，冷却至25℃后测量??。
4 实验结果及讨论
4.1 原始实验数据
实验温度 23.3℃ 盐酸浓度 4mol?lt（s） ?t t（s） ?t t（s） ?t
120 12.165 1200 7.025 3000 1.590 240 11.465 1320 6.555 3300 1.030 360 10.825 1440 6.110 3600 0.500 ?1 旋光管长度 200mm ?1=12.165 ??=-4.015
600 9.645 1815 4.840 4035 -0.145 720 9.065 2040 4.150 840 8.515 2250 3.455 960 7.995 2490 2.170 1080 7.485 2715 2.180 480 10.225 1560 5.685 3900 0.060 4.2 数据处理
使用origin作?t?t曲线：
alpha t1412108alpha t6420-201000200030004000t (s)
以ln??t????对t作图：
Valuelnln2.8InterceptSlope2.83665-3.68127E-4Standard Error0.002981.41481E-6 ln Linear Fit of ln2.11.4020004000t (s)
由ln?0????kt得， 反应速率常数k=3.68127?10?4
?t???ln20.693??1882.5s kk半衰期 t1?2
5 思考题
10?0.464rad
342?0.0510????mMlc?(?1.60?0.92)?10?2?180?0.2?2???0.2863rad342?0.05
（1）?0??mMlc?1.16?10?342?0.2??2（2）本实验通过以ln??t????对t作图求斜率来求出反应速率常数k，蔗糖初始浓度对于数据影响不大，故蔗糖的量不需要精确到0.1mg。
（3）不能，因为H+是催化剂，将反应物蔗糖加入到大量HCl溶液时，H浓度很
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加入则马上会分解产生果糖和葡萄糖，则在开始测量时，已经有大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。影响实验数据准确性，故不可以将蔗糖溶液加入HCl溶液中。
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