（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 
C6H12O6 （葡萄糖）+ C6H12O6（果糖）
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。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
α∞＝ -0.570 、-0.590 、-0.590 、-0.605 、-0.610 。
α∞的平均值为 ：-0.593
六、数据处理
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。
第二篇：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
实验六：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
一、实验目的：
1、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；
2、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法；
3、测定蔗糖转化反应的平均活化能；
二、实验原理：
蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为：
C12H22O11+H20→ C6H12O6+C6H12O6
蔗糖 葡萄糖 果糖
为使水解反应加速，反应常以H3O+ 为催化剂，故在酸性介质中进行水解反应中。在水大量存在的条件下，反应达终点时，虽有部分水分子参加反应，但与溶质浓度相比认为它的浓度没有改变，故此反应可视为一级反应，其动力学方程式为：lnC=-kt+lnC0
式中：C0为反应开始时蔗糖的浓度；C为t时间时的蔗糖的浓度。
当C=0.5C0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期。
t1/2=ln2/k
上式说明一级反应的半衰期只决定于反应速率常数k，而与起始无关，这是一级 反应的一个特点。
蔗糖及其水解产物均为旋光物质，当反应进行时，如测定体系的旋光度的改变就可以量度反应的进程。而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、光源波长及反应温度等因素有关。为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度[α]这一概念，并表示为：
[α]20D=α*100/(L*CA)
式中：20为实验时温度20℃；D为所用钠灯光源D线，波长589nm，α为旋光度；L为液层厚度（dm）；C为浓度（g*100mL-1 ），当其他条件不变时，即：
A=K’C
(K’在一定条件下是一常数)。
且当温度及测定条件一定时，其旋光度与反应物浓度有下列关系：
反应时间为0时: α0=β反C0 (1)
反应时间为t时: αt=β反C+β生（C0-C） (2)
反应时间为 ∞ 时: α∞=β生C0 (3)
联立以上三式： [（1）-（3）]/[（2）-（3）] 代入式（4）中，得：
ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)
由上式可以看出，以ln(αt-α∞) 对t 作图可得一直线，由直线斜率即可求得反应速度常数k ，由截距可得到α0值。
三、实验步骤：
1、仪器装置
2、旋光仪的零点校正
根据蒸馏水为非旋光物质，可以用蒸馏水来校正旋光仪的零点。打开光源，调节目镜聚焦，使视野清晰，再旋转检偏镜至能观察到三分视野暗度相等为止。记下检偏镜的旋光度α，重复测量数次，取其平均值。此平均值即为零点，用来校正仪器系统误差。
3、反应过程的旋光度的测定
在锥形瓶中称取20g蔗糖，加入100ml蒸馏水，使蔗糖完全溶解，用移液管移取蔗糖溶液25ml,注入预先清洁干燥的50ml试管内并加盖；用另一支移液管移取25ml4.00mol·dm-3的HCL溶液，置于另一支50ml试管内加盖。
4、α∞的测定
将余下反应液置于50-60℃的水浴内温热40min,使其加速反应至完全，然后取出，冷至试验温度下测定旋光度，在10-15min内，读取5-7个数据，如在测量误差范围内，取其平均值，即为α∞值。
四、数据处理
数据记录：
1、将反应过程所测得的旋光度αt和对应时间t列表，作出αt-t曲线图。
2、在αt-t曲线上，等间隔取8个（αt-t）数组，并通过计算，以㏑（αt-α∞）对t作图，由直线斜率求反应速率常数k并计算反应半衰期t1/2。
所以k=0.054, t1/2=ln2/k=13min
五、注意事项：
⑴ 装样品时，旋光管管盖旋至不漏液体即可，不要用力过猛，以免压碎玻璃片。
⑵ 在测定α∞时，通过加热使反应速度加快转化完全。加热温度不要超过60℃。
⑶ 由于酸对仪器有腐蚀，操作时应特别注意，避免酸液滴漏到仪器上。实验结束后必须将旋光管洗净。
⑷ 旋光仪中的钠光灯不宜长时间开启，测量间隔较长时应熄灭，以免损坏。
六、问题分析
1.实验中，我们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?
答：蔗糖溶液以蒸馏水作溶剂，故用纯蒸馏水作零点校正。蔗糖转化反应过程中，无须再作零点校正，因都以蒸馏水作校正，只需校正一次。
2.配置蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果是否有影响？
答：有，当蔗糖称量过大时，使蔗糖浓度变大，蔗糖水解速率测量结果会偏大；反之则偏小。
3.在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液中， 可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去？为什么？
答：如将蔗糖溶液加到HCl溶液中，由于，HCl溶液浓度过大， 会加快蔗糖水解，影响测量结果。
4、本实验要想减少误差，应注意什么?
答：（1）正确操作仪器；
（2）准确配制蔗糖溶液浓度，HCL浓度也需精准。