蔗糖水解

一、实验目的
1、用旋光法测定蔗糖在酸存在下的水解速率常数。
2、掌握旋光仪的原理与使用方法。
二、实验原理
蔗糖水溶液在有氢离子存在时将发生水解反应：
  C12H22O11 (蔗糖)+H2O→ C6H12O6 (葡萄糖)+ C6H12O6 (果糖)
 蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性物质，它们的比旋光度为：
[α蔗]D=66.650， [α葡]D=52.50， [α果]D=-91.90
式中： 表示在20℃用钠黄光作光源测得的比旋光度。正值表示右旋，负值表示左旋。由于蔗糖的水解是能进行到底的，并且果糖的左旋远大于葡萄糖的右旋性，因此在反应进程中，将逐渐从右旋变为左旋。
当氢离子浓度一定，蔗糖溶液较稀时，蔗糖水解为假一级反应，其速率方程式可写成：
                                            (1)

式中：CA0——蔗糖初浓度；CA——反应t时刻蔗糖浓度。
当某物理量与反应物和产物浓度成正比，则可导出用物理量代替浓度的速率方程。
对本实验而言，以旋光度代入（1）式，得一级反应速度方程式：
                                        (2)
以 ln(α-α∞)/对t作图，直线斜率即为-k。
通常有两种方法测定α∞ 。一是将反应液放置48小时以上，让其反应完全后测 ；一是将反应液在50—60℃水浴中加热半小时以上再冷到实验温度测 。前一种方法时间太长，而后一种方法容易产生副反应，使溶液颜色变黄。本实验采用Guggenheim法处理数据，可以不必测α∞ 。
把在t和t+△（△代表一定的时间间隔）测得的 分别用αt 和αt+△表示，则有
                                (3)
                           (4)
(3)式—(4)式 :

取对数:
               (5)

从(5)式可看出，只要△保持不变，右端第一项为常数，从  ln(αt-αt+△)  对t作图所得直线的斜率即可求得k。△可选为半衰期的2-3倍，或反应接近完成的时间之半。本实验可取△=30min，每隔5min取一次读数。
 仪器与试剂  旋光仪全套；25ml容量瓶1个；25ml移液管1支；100ml锥形瓶1个；50ml烧杯1个。4mol?L-1HCl；蔗糖。

三、实验步骤
1、先作仪器零点校正。将空的或装满水的旋光管置于旋光仪暗匣内，开亮光源，眼对目镜，旋转检偏镜，同时调整焦距，直至视野亮度均匀，观察此时读到的旋光度是否为零，（见零度视场）。如不是零，需调整到零。
2、在小烧杯中称取蔗糖约5g，用少量蒸馏水溶解，倾入25ml容量瓶中，稀释至刻度，再倾入100ml锥形瓶中。又用25ml移液管吸取4mol?L-1盐酸溶液放入锥形瓶中。及时记录反应开始时间，混合均匀，尽快用此溶液淌洗旋光管后立即装满旋光管，盖上玻璃片，注意勿使管内存在气泡，旋紧管帽后即放置在旋光仪中测出比旋光度。每隔5min测一次，经1小时后停止实验。

四、园盘旋光仪的使用
1、接通电源，约点燃10min，待完全发出钠黄光后，才可观察使用。
2、检验度盘零度位置是否正确。（见零度视场）
3、把待测溶液盛入试管时，应注意试管两端螺旋不能旋得太紧（一般以随手旋紧不漏水为止），以免护玻片产生应力而引起视场亮度发生变化，影响测定准确度，并将两端残液揩拭干净。
4、打开镜盖，把试管放入镜筒中测定，并应把镜盖盖上和试管有圆泡一端朝上，以便把气泡存入，不致影响观察和测定。
5、调节视度螺旋至视场中三分视界清晰时止。（a）或（b）
6、转动度盘手轮，至视场照度相一致（暗视场）时止。(如右下图)
7、从放大镜中读出度盘所旋转的角度。
8、试管使用后，应及时用水或蒸馏水冲洗干净，揩干藏好。

第二篇：蔗糖水解

蔗糖水解

一、实验目的：测定蔗糖在酸存在下的水解速率常数。

二、实验原理：蔗糖水溶液在有氢离子存在时将产生水解反应：

    

蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性物质，它们的比旋光度为：

，，

式中：a表示在20℃用钠黄光作光源测得的旋光度。正值表示右旋，负值表示左旋。由于蔗糖的水解是能进行到底的，并且果糖的左旋远大于葡萄糖的右旋性，因此在反应进程中，将逐渐从右旋变向左旋。

当氢离子浓度一定，蔗糖溶液较稀时，蔗糖水解为假一级反应，其速率方程式可写成：

式中：a——蔗糖初浓度；x——反应了蔗糖浓度。

当某物理量与反应物和产物浓度成正比，则可导出用物理量代替浓度的速率方程。为简单起见，设反应方程式为：

A+B           X+Y

设反应物和生成物对某物理量λ（这里是旋光度）的贡献分别是λa、λb、λx、λy，它们与浓度的关系分别是：

λ_a=L[A]；λ_b=m[B]；λ_x=n[X]；λ_y=P[Y]

式中，L、m、n、p为比例常数。

因λ=λ_a+λ_b+λ_x+λ_y

而在反应进程中：

λa=L(a-x)；λb=m(b-x)=m[(b-a)=(a-x)]；λx=nx；λy=px。

故   λ=(L+m)(a-x)+m(b-a)+(n+p)x     (2)

在（2）式右端加、减a(n+p)，然后合并得

     λ=(L+m-n-p)(a-x)+m(b-a)+a(n+p)   （3）

反应开始时，a-x=a；反应完毕时，a-x=0

故  λ0=(L+m-n-p)a+m(b-a)+a(n+p)       （4）

    λ8=m(b-a)+a(n+p)                  （5）

（3）式—（5）式  λ-λ8=（L+m-n-p）（a-x）  （6）

（4）式—（5）式  λ0-λ8=（L+m-n-p）a      （7）

将（6）、（7）式代入一级反应速度方程式（1），得：

 

蔗糖水解实验仪器

                             （8）

如果m、n、p为零，即这些物质与λ无关，则λ8=0，

（8）式简化为：                   （9）

物性λ可以是旋光度、吸光度、体积、压力、电导等。

对本实验而言，以旋光度代入（8）式，得一级反应速度方程式：

                           （10）

以ln（a-a_∞）对t作图，直线斜率即为-k。

通常有两种方法测定a_∞；一是将反应液在50—60℃水浴中加热半小时以上再冷到实验温度测a_∞。前一种方法时间太长，而后一种方法容易产生副反应，使溶液颜色变黄。本实验采用Guggenheim法[1,2,3]处理数据，可不必测a_∞。

把在t和t+△（△代表一定的时间间隔）测得的a分别用a_t和a_t+△表示，则有

a_t-a_∞=(a₀-a_∞)e^-kt     （11）

a_t+△-a­_∞=(a₀-a_∞)e^-k(t+△)    （12）

(11)式—（12）式a_t-a_t+△=(a₀-a_∞)e^-kt(1-e^-k△)

取对数ln(a_t-a_t+△)=ln[(a₀-a_∞)(1-e^-k△)]—kt   （13）

从（13）式可看出，只要△保持不变，右端第一项为常数，从ln（at-a_t+△）对t作图所得直线的斜率即可求得k。

△可选为半衰期的2-3倍，或反应接近完成的时间之半。本实验可取△=30min，每隔5min取一次读数。

仪器与试齐  旋光针全套（最好具有恒温夹套的旋光管）；25ml容量瓶1个；25ml移液管1支；100ml锥形瓶1个；50ml烧杯1个。4mol·L-1HCL；蔗糖。

三、实验步骤

1、先作仪器零点校正。将空的或装满水的旋光管置于旋光计暗匣内，开亮光源，眼对目镜，旋转检偏镜，同时调整焦距，直至视野亮度均匀，观察此时读到的旋光度是否为零，如不是零，需调整到零。在关旋光计的原理和使用，参阅附录十。

2、在小烧杯中称取蔗糖约5g，用少量蒸馏水溶解，倾入25ml容量瓶中，稀释至刻度，再倾入100ml锥形瓶中。又用25ml移液管吸取4mol·L-1盐酸溶液放入锥形瓶中。及时记录反应开始时间，混合均匀，尽快用此溶液淌洗旋光管后立即装满旋光管，盖上玻璃片，注意勿使管内存在汽泡，旋紧管帽后即放置在旋光计中测了旋光度。此后每隔5min测一次，经1小时后停止实验。

3、采用恒温夹套旋光管量，先将供循环水的超级恒温槽调到25℃，将分别装25ml蔗糖溶液和25ml 4mol·L-1盐酸溶液的100ml锥形瓶放入恒温槽中，15min后把盐酸倒入蔗糖溶液中，并立即开始计时，溶液倒回装盐酸的锥形瓶混合均匀后，淌洗旋光管、立即装好测定旋光度。

四、数据处理

1、取△为30min，每5min取一次数据，列出记录表格。

2、以ln（a_t-a_t+△）对t作图，从所得直线斜率求k。

五、思考题

1、你对旋光针的原理和构造是否清楚？

2、如果实验所用蔗糖不纯，对实验有什么影响？

3、本实验是否一定需要校正旋光计的零点？

六、教学讨论

1、对一级反应来说，当某一物理量只与某一种反应物或产物的浓度成正比，则可在速率方程中直接用此物理量代替浓度计算速率常数。但如这一物理量与反应物和产物浓度都有关系，则须采用涉及反应开始和完毕时的物理量的速率方程。

2、用Guggenheim法处理数据可不必测量反应完毕时的物理量，这就大大地节约了时间和避免副反应的干扰。

3、用Guggenheim法处理数据时，时间间隔△应是半衰期的2—3倍。因此进行实验的反应时间不能太短。