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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
学
号
实
验
项
目
名
称
杨云
1208110
212
实验日期
指导教师
成绩
汤富勇、殷
江、季节
同组人
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
1
蔗糖水溶液在酸性介质下，按下式发生水解反应：
C
12
H
22
O
11
+
H
2
O
H
+
C
6
H
12
O
6
+
C
6
H
12
O
6
蔗糖
葡萄糖
果糖
实<
/p>
验
原
理
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
< br>
2
ln(c
0
/
c
t
)=
kt
(3)
式中，
C
0
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
=
?
C
0<
/p>
时
,t
可用
t<
/p>
?
表示，
即为反应的半衰期。由式（
2
）可得
t
?
=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。
3
物质的这种使偏振光的
振动面旋转的性质叫做物质的旋光性。
凡有旋光性的物质称为旋光物质。
蔗糖及其水解产物都有旋光
性，
但各自的旋光能力是不
同的，
故可以利用体系在水解过程
中旋光度的变化来衡量反应的
进程。
为了比较各种物质的旋光能力，
引入比旋光度的概念，
所
得比旋光度用
[a]
t
D
表示。
< br>溶液的旋光度
a
与比旋光度
[a
]
t
D
的关
系
可以用下式表示：
a=[a]
t
D
cl
(5)
式中，
t
为实验温度，
D
为光源波长，本实验采用钠黄光，波
长为
589.6nm;l
为测量溶液的液层厚度。由式（
5
）可知，当
其他条件不变时，旋光度
a
与浓度
c
成正比，即
a=kc
(6)
式中，
K
是常数。
实验中
，把一定浓度的蔗糖水溶液与一定浓度的盐酸等
体积混合，
用旋
光仪测定旋光度随时间的变化关系，
然后推算
蔗糖的水解程度。
蔗糖是右旋光物质其比旋光度为
66.6
0
；水
解产生的葡萄糖也是右旋光物质，其比旋光度为
52.
5
0
;
而果糖
则是左旋性物质，其比旋光度为
-91.9
0
< br>。由于果糖的左旋性比
较大，因此随着水解反应的进行，右旋性不断减小，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
4
组分的
旋光度之和。
若反应时间为
0
、
t
、
∞的旋光度分别用
a
0
、
a
t
、
a
∞
表示，
则
a
0
=k
反
c
0
a
∞
=k
产
c
0
(7)
(8)
a
t
=k<
/p>
反
c
t
+k
产
(c
0
-c
t
)
(9)
式中，
a
0
为
蔗糖未水解时的旋光度；
a
∞
为蔗糖全
部水解后的旋
光度；
a
t
为蔗糖水溶液水解到
t
时刻时体系的旋光度；
式
（
7
）
～
式（
9
）中的
k
反
和
k
产
分别为反应物与产和折比例常数。由式
(7)
、
(8)
、
(9)
联立可以解得
C
0
=
（
a
0
-a
∞
）
/
（
k
反
-k
产
）
=k'(a
0
-a
∞
）
(10)
C=
（
a<
/p>
t
-a
∞
）
/
（
k
反
-k
产
）
=k'(a<
/p>
t
-a
∞
)
5
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