蔗糖水解反应速率常数的测定实验报告

大学物理化学实验

蔗糖水解反应速率常数的测定

一、实验目的

(1)根据物质的旋光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

C12H22O11+H2O == C6H12O6 + C6H12O6

（蔗糖，右旋）（葡萄糖，右旋）（果糖，左旋） （1） 为使水解反应加速，反应常常以Ｈ+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Ｈ＋的浓度有关。这个反应是二级反应。但是，此反应中有大量水的存在，反应达到终点时，虽有部分水分子参加反应，但可认为其没有改变，故可视为一级反应，动力学方程 dc－=KC dt

积分后得： lnCO=Kt或 ㏑C=－kt+㏑C。（2） C

式中，C。为反应开始时蔗糖的浓度；C为时间t时的蔗糖浓度，K为水解反应的速率常数。

从式（2）可以看出，在不同的时间测定反应物的浓度，并以㏑Ct对t作图，可得一条直线，由直线斜率即可求出反应速率常数K。然而反应是不断进行的，要快速分析出某一时刻反应物的浓度比较困难。但根据反应物蔗糖及生成物都具有旋光性，且他们的旋光性不同，可利用体系在反应过程中旋光度的改变来量度反应的进程。

由于蔗糖是右旋的，水解混合物是左旋的，所以偏振面将由右边旋向左边。偏振面的转移角度称为旋转角度，以α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与浓度C呈线性关系，即：

α=βC （3） 式中β是与物质的旋光能力、溶液厚度、溶剂性质、光源波长、反应温度有关的常数。物质的旋光能力用比旋光度[α]来表示。蔗糖是右旋物质，葡萄糖也是右旋性物质，果糖是左旋性物质，他们的比旋光度为

[α蔗]=66.65°，[α葡]=52.5°，[α果]=－91.9°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，右旋角度不断减小，当反应终了时，体系将经过零变成左旋。

旋光度与浓度呈正比，且溶液的旋光度为各组分的旋光度之和（加和性）。若以α0，αt，α∞分别为时间0，t，∞时溶液的旋光度，则可导出：

C0∝（α0－α∞），Ct∝（αt－α∞）（4）

将式（2）代入式（4）可得：

㏑（α0－α∞）/（αt－α∞）＝kt或㏑（αt－α∞）＝－kt﹢㏑（α0－α∞）

（5）