（六） 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
一、目的要求
1、 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、仪器与试剂
WZZ-2B自动旋光仪，样品管，秒表，恒温槽，量筒，锥形瓶，蔗糖水溶液，盐酸水溶液
三、实验原理
蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖的反应为
C12H22O11（蔗糖）+ H2O
为使水解反应加速，反应常常以H+为催化剂。由于在较稀的蔗糖溶液中，水是大量的，反应达终点时，虽然有部分水分子参加了反应，但与溶质（蔗糖）浓度相比可以认为它的浓度没有改变。因此，在一定的酸度下，反应速度只与蔗糖的浓度有关，所以该反应可视为一级反应（动力学中称之为准一级反应）。该反应的速度方程为：－dC/dt = kC
其中Ｃ为蔗糖溶液的浓度，k为蔗糖在该条件下的水解反应速度常数
该反应的半衰期与k的关系为：t1/2 = ln2/k
蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性的物质，即都能使透过它们的偏振光的振动面旋转一定的角度，称为旋光度，以表示。其中蔗糖、葡萄糖能使偏振光的振动面按顺时针方向旋转，为右旋光性物质，旋光度为正值。而果糖能使偏振光的振动面按逆时针方向旋转，为左旋光性物质，旋光度为负值。
反应进程中，溶液的旋光度变化情况如下：
当反应开始时，t=0，溶液只有蔗糖的右旋，旋光度为正值，随着反应的进行，蔗糖溶液减少，葡萄糖和果糖浓度增大，由于果糖的左旋能力强于葡萄糖的右旋。整体来说，溶液的旋光度随着时间而减少。当反应进行完全时，蔗糖溶液为零，溶液中只有葡萄糖和果糖，这时，溶液的旋光度为负值。可见，反应过程中物质浓度的变化可以用旋光度来代替表示。
ln（ t－） = － k t ＋ln（0－ ）
从上式可见，以ln（ t－）对 t作图，可得一直线，由直线斜率可求得速度常数k。
四、实验步骤
1、从烘箱中取出锥形瓶。恒温槽调至55℃。
2、开启旋光仪，按下“光源”和“测量”。预热10分钟后，洗净样品管，然后在样品管中装人蒸馏水，测量蒸馏水的旋光度，之后清零。
3、量取蔗糖和盐酸溶液各30毫升至干净干燥的锥形瓶，盐酸倒入蔗糖中，摇匀，然后迅速用此溶液洗涮样品管3次，再装满样品管，放入旋光仪中，开始记时。将锥形瓶放入恒温槽中加热，待30分钟后取出，冷却至室温。
4、记时至2分钟时，按动“复测”，
记录
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。如此，每隔2分钟测量一次，直至30分钟（注意：数值为正值时使用“+复测”，数值为负值时使用“-复测”）。
5、倒去样品管中的溶液，用加热过的溶液洗涮样品管3次，再装满样品管，测其旋光值，共测5次，求平均值。
五、实验数据记录
时间
室 温
大 气 压
实验前
29.2℃
101.08Kpa
实验后
27.5℃
101.02Kpa
时间/min.
2
4
6
8
10
12
14
16
αt/度
3.565
3.375
3.265
3.050
2.850
2.690
2.495
2.230
时间/min.
18
20
22
24
26
28
30
αt/度
2.045
1.890
1.665
1.025
0.845
0.600
0.175
α∞＝ -0.570 、-0.590 、-0.590 、-0.605 、-0.610 。
α∞的平均值为 ：-0.593
六、数据处理
t
2
4
6
8
10
12
14
α∞
-0. 593
-0. 593
-0. 593
-0.593
-0.593
-0. 593
-0. 593
αt/度
3.565
3.375
3.265
3.050
2.850
2.690
2.495
Ln（αt -α∞）
1.42503
1.37826
1.35014
1.29281
1.23634
1.18876
1.12752
16
18
20
22
24
26
28
30
--0. 593
-0. 593
-0. 593
-0. 593
-0. 593
-0. 593
-0. 593
-0. 593
2.230
2.045
1.890
1.665
1.025
0.845
0.600
0.175
1.03780
0.97002
0.90947
0.81448
0.48119
0.36325
0.17467
-0.26396
由Ln（αt -α∞）～t直线y = -0.0662x + 1.4062 可求得：
蔗糖的转化反应速率K=0.0662
半衰期：t
=
=
=10.47min
七、思考题
1.实验中，为什么用蒸馏水来校正旋光仪的零点? 在蔗糖转化反应过程中，所测的旋光度αt是否需要零点校正?为什么?
答：蒸馏水无旋光性，消除旋光仪的系统误差；实验中，所测的旋光度α t可以不校正零点，因αt-α∞ ，已将系统的零点误差消除掉。
2.蔗糖溶液为什么可粗略配制?
答：初始浓度对于数据影响不大。速率常数K与温度和催化剂的浓度有关，实验 测定反应速率常数k，以ln(αt-α∞)对t作图，由所得直线的斜率求出反应速 率常数k，与初始浓度无关
3.蔗糖的转化速度和哪些因素有关?
答：温度，催化剂得浓度、种类等。
4.溶液的旋光度与哪些因素有关？
答：溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、 光源波长及温度等因素有关。
5. 反应开始时，为什么将盐酸溶液倒入蔗糖溶液中，而不是相反？
答：因为盐酸是作为催化剂。若把蔗糖倒入盐酸当中，会导致反应液中盐酸的浓度过大，使得蔗糖在还没检测的时候就反应完全，使实验存在很大误差。若那盐酸倒入蔗糖溶液中，可以避免这种事情发生，最大地降低了误差的出现。
八、 实验结果与讨论：
本实验测得蔗糖的转化反应速率K=0.0662 ,半衰期为10.47min，测得的旋光度变化趋势是从大到小，最终出现负值。证明果糖的旋光度为负值，并在数值上大于葡萄糖的旋光度值。而最终的旋光度几乎不变，这说明反应几乎已经达到极限。
通过该实验，了解该反应的反应物浓度与旋光度之间的关系，同时明白旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。
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