-
一、实验目的：
1
< br>．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、实验原理：
?
蔗糖转化的方程为：
H
C
12
H
22
O
11
(
蔗糖
) + H
2
O
?
??
C
6
H
12
O
< br>6
(
果糖
) + C
6
H
12
O
6
(
葡萄糖
)
此反应速度与蔗糖的浓度、水的浓度以及催化剂
H
+
离子的浓度有关，在催
< br>化剂
H
+
浓度固定的条件下，此
反应本是二级反应。反应的速率方程表示为：
ｄ
ｒ＝－
ｃ
C
12
H
22
O
11
＝
K
1
c
C
12
H
22
O
11
c
H
< br>2
O
ｄｔ
但在蔗糖浓度不大的情况下，虽然有部分水分子参加反应，但在反应过程中水
的浓度
变化很小，
可以认为
ｃ
速率方程由二级
反应简化为一级
H
2
O
基本保持不变，
反应，表示为：
d
ｃ
ｄ
C
12
H
22
O
11
'
'
ｒ＝－
ｃ
(1)
＝
K
c
?
?
K
dt
C
12
H
22
O
11
1
C
12
H
2
2
O
11
1
ｄ
ｔ
ｃ
C
12
H
22
O
11
积
分得：
ln
c
t
?
?
kt
或
ln
c
t
?
?
kt
?
ln
c
0<
/p>
(2)
c
0
其中
k
是反应速度常数，
c
0
是反应物初浓度，
c
t
为
t
时反应物浓度，
< br>t
是时
间，若以
ln
c
t
对
t
作图，可得一直线，其斜率即为反应速度常数
k
。
反应进行到反应物浓度为初始浓度的一半
（
1/2
）
时所需要的时间称为半衰<
/p>
期（
t
1/2
）
,
一级反应的半衰期为：
ln
1/2
=-kt
1/2
=-ln2
t
1/<
/p>
2
?
ln2
(3)
k
1
由（
3
）式可以知道，一级反应的半衰期只决定于反应速度常数
k
，而与起始浓
度无关。这是一级反应的一个特点。
本反应中，反应物以及产物都具有旋光性，我们将具有旋光性的物质称为
旋光物质或称为光学活性物质，使偏光振动平面向右旋转称为右旋体，能使偏
光向左旋转的称为左旋体。旋光物质使偏光振动平面旋转的角度称为旋光度，
通常用α表示。但旋光度α受温度、波长、溶剂、浓度、盛液管长度的影响，
因此物质
的旋光性，一般是用比旋光度（
specific rotation
< br>）
[
?
]
t
?
表示。
t
为
测定时的温度，
一般是室温，
λ为
测定时光的波长一般采用钠光
（波长为
589.3nm,
用符号
D
表示）
。比
旋光度仅决定于物质的结构，是物质特有的物理常数。一般
用（
+
）表示右旋，
（
-
< br>）表示左旋。对于溶液：
α：旋光度，
l
：盛液管的长度，单位：分米，
c
溶液的浓度，单位：克
/
毫升。
对于纯液体：
d:
液体的密度
根据比旋光度的定义，
?
?
[
?
]
t
?
?
l
?
c
（
4
）
即，当其他条件不变时，旋光度
?
与反应物
浓度成正比，
?
?
kc
式中：
k
是与物质的旋光能
力、溶液层厚度、溶剂性质、光源的波长、反应
时的温度等有关的常数。
20
?
[
< br>α
]
?
66
.
6
D
蔗糖是右旋性的物质，比旋
光度
，生成物中葡萄糖也是右旋性
20
?
20
?
[
α
]
?
52
.<
/p>
5
[
α
]
?
?
91
.
9
D
D
物质，
，但果糖是左旋性物质，
。由于生成物中果糖
的
左旋性比葡萄糖的右旋性大，因此当水解作用进行时，右旋角不断减小，反
应终了时体系
的旋光度将经过零变成左旋。
因为上述反应中，反应物与生成
物都具有旋光性，且旋光度与浓度成正比，
而溶液的旋光度为各组分旋光度之和（旋光度
的加和性）
。设反应时间为
0
、
t
、
∞时，溶液的旋光度分别为
α
0
、
α
< br>
t
和
α
∞
。则根据（
4
）式，可以得到：<
/p>
最初的旋光度为：
α
< br>0
=
K
反应物
C
0
（蔗糖尚未转化，
t<
/p>
= 0
）
(5)
最后的旋光度为：
α
∞
=
K
生成物
C
0
（蔗糖全部转化，
t
=
∞）
(6)
式中
K
反应物
，
K
生成物
分别为反应物与生成物之比例常数，
C
0
为反应物质的最初
浓度亦即生成物最后之浓
度，当时间为
t
时，蔗糖浓度为
C
，旋光度为。
α
t
=
K
反应物
C
+
K
生成物
(
C
0
–
C)
(7)
由
(4)
，
< br>(5)
，
(6)
得：
C
0
=
(
α
0
–
α
∞
)/(
K
反应物
–
K
生成物
)
=
K
(
α
0
–
α
∞
)
（
8
）
C
=
(
α
t
–
α
∞
)/(
K
反应物
–
K
生成物
)
=
K
(
α
t
–
α
∞
)
（
9
）
将此关系式代入
(2)
得：
α
?
α
?
C
K
ln
0
?
K
t
?
lg
0
?
t<
/p>
C
α
?
α
2
.
303
t
?
(7)
若以
lg
(
α
t
–
α
∞
)
对
t
作图，从其
斜率即可求得反应速度常数
K
。
本试验就是通过测定
α
t
和
α
∞
< br>，求蔗糖水解反应得速率常数。
由于温度对反应速度有影响，必须恒温进行。
四、仪器、药品：
?
lg(
α
t
?
α
?
)
?
?
K
t
?
< br>lg(
α
0
?
< br>α
?
)
2
.
303
旋光仪，秒表，恒温槽，
10
0ml
锥形瓶，
50ml
移液管，
100ml
量筒，
1/10
刻度温度计，蔗糖，
2mol/l
盐酸。
五、实验步骤：
（
1
）如果旋光仪的旋光管带有外套，
可以采用恒温槽进行恒温，则将恒温
槽设定为
20
℃；如果旋光管不带外套，则采用室温。
(2)
旋光仪零点的效正
蒸馏水为非旋光物质，可以用它核对仪器的零点。拧开
旋光槽一端的压盖，
洗净旋光槽，加入蒸馏水至满，将玻璃片帖着液面小心推盖在液面上
，旋紧压
盖，若有气泡，需重新操作。用滤纸将管外擦干，旋光管两端的玻璃片，可用<
/p>
镜头纸擦净。把旋光管放入旋光仪内，打开光源，调整目镜焦距，使视野清楚，
旋转检偏镜，使视野中能观察到明暗相等的三分视野为止（注意：在暗视野下
测定）
。计下检偏镜之旋转角
α
，<
/p>
重复三次，
取其平均值，
此值即为仪器的
零点。
测后取出旋光管，倒出蒸馏水。
(3)
配制溶液
用台称称取
10g
蔗糖溶于蒸馏水中，用
50ml
容量瓶稀释至刻度
。
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：(完整版)糖化学练习题
下一篇：浅谈小学英语核心素养在教学中的培养