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

(蔗糖)+(葡萄糖)+（果糖）这是个二级反应。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：

 积分之后得：

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：

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：

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旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验报告

一、实验名称：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

二、实验目的

1、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法；

2、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系； 

3、测定蔗糖转化反应的速率常数。

三、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   （1）

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。 

t_1/2=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。

本实验利用该反应不同物质蔗比旋光度不同，通过跟踪体系旋光度变化来指示lnC与t的关系。在蔗糖水解反应中设β₁、β₂、β₃分别为蔗糖、葡萄糖和果糖的旋光度与浓度的比例常数

C₁₂H₂₂O₁₁(蔗糖)+H₂0→ C₆H₁₂O₆ (葡萄糖)+C₆H₁₂O₆ (果糖)

t=0      C₀β₁                         0           0           α= C0β₁ 

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实验十五  用旋光仪测糖溶液的浓度

实验内容

1.  观察线偏振光通过旋光物质所发生的旋光现象。

2.  学习旋光仪的使用方法，用旋光仪测定糖溶液的浓度。

教学要求

1．    熟悉光的偏振的基本规律。

2．    了解旋光物质的旋光性质。

实验器材

WXG-4小型旋光仪，烧杯，蔗糖，蒸馏水。

    光是电磁波，它的电场和磁场矢量互相垂直，且又垂直于光的传播方向。通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量与光的传播方向所构成的平面称为振动面。在传播方向垂直的平面内，光矢量可能有各种各样的振动状态，被称为光的偏振态。若光的矢量方向是任意的，且各方向上光矢量大小的时间平均值是相等的，这种光称为自然光。若光矢量可以采取任何方向，但不同的方向其振幅不同，某一方向振动的振幅最强，而与该方向垂直的方向振动最弱，则称为部分偏振光。若光矢量的方向始终不变，只是它的振幅随位相改变，光矢量的末端轨迹是一条直线，则称为线偏振光。

当线偏振光通过某些透明物质（例如糖溶液）后，偏振光的振动面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度，这种现象称为旋光现象。旋转的角度φ称为旋光度。能使其振动面旋转的物质称为旋光性物质。旋光性物质不仅限于像糖溶液、松节油等液体，还包括石英、朱砂等具有旋光性质的固体。不同的旋光性物质可使偏振光的振动面向不同方向旋转。若面对光源，使振动面顺时针旋转的物质称为右旋物质；使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质。

偏振光在国防、科研和生产中有着广泛应用：海防前线用于了望的偏光望远镜，立体电影中的偏光眼镜，分析化学和工业中用的偏振计和量糖计都与偏振光有关。激光光源是最强的偏振光源，高能物理中同步加速器是最好的X射线偏振源。随着新概念的飞跃发展，偏振光成为研究光学晶体、表面物理的重要手段。

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实验十　　用旋光仪测定糖溶液的浓度

物理学与信息学教研室      方玉盛

【实验目的】

熟悉旋光仪的结构、原理和使用方法；测量旋光溶液的旋光率和百分浓度

【实验器材】

旋光仪，盛液玻璃管，温度计，已知和未知浓度的葡萄糖溶液。

[实验原理]

对于透明的固体来说．旋光角φ与光透过物质的厚度L成正比；而对于液体来说．除了厚度之外，还与溶液的浓度c成正比。同时，旋转的角度，还与溶液的温度t以及光的波长λ有关。实验证明．在给定波长(单色光)和一定温度下，如旋光物质为溶液，则旋光角由下式表示：

在上式中   为旋光率，C为100毫升溶液中含有溶质的克数，L为溶液厚度，以分米为单位。旋光率随不同的溶液而异，对于同一种溶液来说，它是随波长而异的常数，实验室的旋光仪常以钠光作光源，故波长已定。而温度的改变，对旋光率稍有影响，就大多数物质来讲，当温度升高摄氏1度时，旋光率约减小千分之几。

    通过对旋光角的测定，可检验溶液的浓度、纯度和溶质的含量，因此旋光测定法在药物分析、医学化验和工业生产及科研等领域内有着广泛地应用。在医、药学中常用的分析方法有比较法和间接测定法。

    一、比较法

已知浓度为C₁的某种旋光性溶液，其厚度为L₁，可测出其旋光角φ₁。要测同种未知浓度的溶液，只要测定该溶液在厚度为L₂时的旋光角就可计算出未知浓度。

               

得  

如果两溶液厚度相同，则 

    二、间接测定法

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杭州师范大学学生实验报告

实验名称 最大泡压法测定溶液的表面张力

一、实验目的

1.掌握旋光仪的正确使用方法，了解反应物浓度与旋光度之间的关系。

2.测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。

二、实验原理

蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应式为：

  C12H22O11+H2O             C6H12O6 + C6H12O6

        蔗糖                       葡萄糖     果糖

这是一个二级反应，但在H+浓度和水量保持不变时，反应可视为一级反应，速率方程式可表示为：

积分后可得：

由此可知：在不同时间测定反应物的相对浓度，并以㏑c对t作图，可得一直线，由直线斜率即可求得反应速率常数 k 。

本实验中的反应物及产物均有旋光性，且旋光能力不同，在溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等条件均固定时，旋光度与反应物浓度呈线性关系，即：

 

反应时间 t=0，蔗糖尚未转化：

 

反应时间为 t，蔗糖部分转化：

 

反应时间 t=∞，蔗糖全部转化：

联立上述三式并代入积分式可得：

 

                                     对ｔ作图可得一直线，从直线斜率可得反应速率常数ｋ。

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20##年 03 月 28 日         总评：               

姓名：                       学校：   陕西师范大学 

年级：   2010级             专业：     材料化学   

室温：   10.0℃              大气压:     100kpa     

一、实验名称：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

二、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，掌握其基本使用方法；

 3、利用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数与半衰期。

三、实验原理：

  蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为：

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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，掌握其基本使用方法；

 3、利用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数与半衰期。

二、实验原理：

  蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为：

C₁₂H₂₂O₁₁+H₂O→C₆H₁₂O₆(葡萄糖)+C₆H₁₂O₆（果糖）

为使水解反应加速，反应常数以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=-k_t+LnC₀

式中：C为反应开始时蔗糖的浓度；C₀为t时间时的蔗糖的浓度。当C=1/2 C₀时，t可用t_1/2表示，即为反应的半衰期。    t_1/2=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]_D=α*100/(L*C)

式中：t为实验时温度；D为实验温度为20℃，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：

α= βC

β在一定条件下是一常数。

蔗糖[α]=66.5°,葡萄糖[α]=52.0°， 果糖[α]=-91.9°，式中整个反应过程中，旋光度由右旋向左旋变化（旋光度与浓度成正比，且溶液的旋光度为各组成旋光度之和——加和性），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：

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