物理化学实验-旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

（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，包温槽，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。

由丁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，以就表示。

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，由丁果糖的左旋能力强丁葡萄糖的右旋。

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 ( a t —) = — k t + ln ( a0—^8 )从上式可见，以ln (a t )对t作图，可得一直线，由直线斜率可求得速度常数k0四、实验步骤1、从烘箱中取出锥形瓶。

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. 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）+ H2OC6H12O6 （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，蔗糖、葡萄糖为右旋光性物质，旋光度分别为+56.6和+61.6。

而果糖为左旋光性物质，旋光度为-91.9。

实验中，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 。

c βα=00c 反βα=）（生反c t -+=0c c ββα0c 生βα=∞)ln()ln(0∞∞-+-=-ααααkt t )ln(∞-ααt 以四、实验数据及处理：1. 蔗糖浓度：0.2 g/ml HCl 浓度：4mol/L2. 完成下表：α∞=-3.473表1 蔗糖转化反应旋光度的测定结果t /min t αt αα∞-()ln t αα∞- t/min t α t αα∞-()ln t αα∞-19 2.390 5.863 1.769 22 1.555 5.028 1.615 25 0.9214.3941.480 28 0.3463.8191.340 31 -0.145 3.328 1.202 34 -0.5302.943 1.0790 37 -0.895 2.578 0.947 40 -1.240 2.233 0.803 43 -1.519 1.954 0.670 46 -1.782 1.691 0.525 49 -2.004 1.469 0.385 52 -2.221 1.252 0.225 55 -2.406 1.067 0.065 58 -2.578 0.895 -0.111 61 -2.726 0.747 -0.292 64 -2.845 0.628 -0.465 67 -2.962 0.511 -0.671五、作()ln t αα∞-~ t 图，求出反应速率常数k 及半衰期t 1/21、用origin作图203040506070-1.0-0.50.00.51.01.52.0BLinear Fit of Sheet1 BBAEquation y = a + b*xWeight No WeightiResidualSum ofSquares0.03385Pearson's r-0.99812Adj. R-Squa0.99599Value Standard ErrB Intercept 2.74620.03562B Slope-0.04947.83894E-4如下求算过程：由上图知直线斜率为-0.0494，则反应速率常数k=0.0494/min ,则半衰期t1/2=ln2/0.0494=14.03(min)六、讨论思考：1.配制蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果有否影响？答：没有影响，该实验对速率常数的求法为：以ln(αt-α∞)对t作图，所得直线的斜率求出反应速率常数k，由此可知蔗糖溶液的初始浓度对反应速率常数没有影响，所以没有影响。

旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验原理：蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖，其反应为：C 12H 22O 11(蔗糖）+H 2O →C 6H 12O 6（葡萄糖)+C 6H 12O 6(果糖）；它是一个二级反应，在纯水中此反应的速度极慢，通常需要在H+离子催化作用下进行。

由于反应时水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的，而且H+是催化剂，其浓度也保持不变。

因此蔗糖转化反应可以看作是一级反应。

一级反应的速率方程可由表示为：k c dtdc=-，式中c 为时间t 时的反应物浓度，K 为反应速率常数。

积分可得:kt c c -=0ln ln ,c 0为反应开始时反应物的浓度。

由此式中不难看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以lnc 对t 作图，可得一直线，由直线斜率即可得反应速率常数K 。

然而反应是在不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。

但蔗糖及其转化物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

其中当c=21c 0时，时间t 可以用t1/2表示，即为反应半衰期：t 1/2=k k 693.02ln =。

测量物质反应的仪器称为旋光仪。

溶液的旋光度和溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度均有关系。

当其它条件固定时，旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系，即α=βc,此式中比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度、温度等有关。

物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度可表示为：[α]20D=α·100/l ·c A式中[α]20D 右上角的“20”是指实验时温度为20℃。

D 是旋光仪用钠灯光源D 线的波长（即589nm ），α为测得的旋光度（°），l 为样品管长度（dm ），cA 为浓度（g/mL ）。

作为反应物的蔗糖是右旋物质，其比旋光度[α]20D=66.6°；生成物中葡萄糖也是右旋物质，其比旋光度[α]20D=52.5°；果糖则是左旋物质，其比旋光度[α]20D=-91.9°.由于生成物呈现左旋物质，因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰巧为零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。

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k 、半衰期21/t 和活化能Ea2.了解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,其反应为: C 12H 22O 11 + H 2O → C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6 (蔗糖) (葡萄糖) (果糖)它是一个二级反应,在纯水中此反应的速率极慢,通常需要在H+离子催化作用下进行。

由于反应时水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应,仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的,而且H+作为催化剂,其浓度也保持不变.因此蔗糖转化反应可近似为一级反应。

一级反应的速率方程可由下式表示: kcdt dc =- ......... (12.1)c 为时间t 时的反应物浓度,k 为反应速率常数。

积分可得:c kt c ln ln +-= .........(12.2)c 为反应开始时反应物浓度。

当050c c .=时,可用21/t 表示反应时间,既为反应的半衰期:kt 221ln /=.........(12.3)从(12.2)式不难看出,在不同时间测定反应物的相应浓度,并以lnc 对t 作图,可得一直线,由直线斜率即可得反应速率常数k o 然而反应是在不断进行的,要快速分析出反应物的浓度是困难的.但蔗糖及其转化物,都具有旋光性,而且它们的旋光能力不同,故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。

溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。

当其它条件固定时,旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系,即:ca β=.........(12.4)式中比例常数β与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度、温度等有关。

物质的旋光能力用比旋光度来度量,比旋光度用下式表示:A20D C L a a ⨯=][ ......(12.5)式中20D][a 右上角的“20”表示实验时温度为20℃,D 是指用钠灯光源D 线的波长(即589nm),a 为测得的旋光度(o),L 为样品管长度(dm),CA 为试样浓度(g/ml)。

试验八旋光法测定蔗糖转化反应旳速率常数【目旳规定】1.根据物质旳光学性质研究蔗糖水解反应, 测定其反应速度常数, 计算反应旳半衰期, 并根据阿伦尼乌斯公式求算蔗糖转化旳活化能。

2.理解旋光仪旳基本原理、掌握使用措施。

3 理解一级反应速率公式及动力学特点, 熟悉准一级反应旳速率公式。

【基本原理】蔗糖在水中水解成葡萄糖与果糖旳反应为C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6蔗糖葡萄糖果糖为使水解反应加速, 反应常常以H3O+为催化剂, 故在酸性介质中进行, 本试验采用2M HCl。

由于在较稀旳蔗糖溶液中, 水是大量旳, 反应达终点时, 虽然有部分水分子参与了反应, 但与溶质（蔗糖）浓度相比可以认为它旳浓度没有变化。

因此, 在一定旳酸度下, 反应速度只与蔗糖旳浓度有关, 因此该反应可视为一级反应（动力学中称之为准一级反应）。

该反应旳速度方程为:－dC/dt = kC其中Ｃ为蔗糖溶液旳浓度, k为蔗糖在该条件下旳水解反应速度常数令蔗糖开始水解反应时旳浓度Ｃ０, 水解到某时刻时旳蔗糖浓度为Ｃt, 对上式进行积分得:lnC0/Ct = k t该反应旳半衰期与k旳关系为:t1/2 = ln2/k蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性旳物质, 即都能使透过它们旳偏振光旳振动面旋转一定旳角度, 称为旋光度, 以表达。

其中蔗糖、葡萄糖能使偏振光旳振动面按顺时针方向旋转, 为右旋光性物质, 旋光度为正值。

而果糖能使偏振光旳振动面按逆时针方向旋转, 为左旋光性物质, 旋光度为负值。

量度旋光度旳仪器为旋光仪, 当温度、波长及溶剂一定期, 旋光度旳数值为:＝ l Cm或= l Cl ——液层厚度, 即盛装溶液旳旋光管旳长度,Cm , Ｃ——旋光物质旳质量摩尔浓度, 体积摩尔浓度——比旋光度, t为温度, Ｄ为所用光源旳波长。

在其他条件不变旳状况下, 旋光度与反应物浓度Ｃ成正比。

即:＝Ｋ’ＣＫ’——是与物质旳旋光能力、溶液层厚度、溶剂性质、光源旳波长、溶液温度等有关旳常数。

旋光法测定蔗糖转化反应的活化能一、实验目的1.了解蔗糖转化反应体系中各物质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。

3.了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法。

二、 基本原理蔗糖在水中转化成葡萄糖和果糖，其反应为：C 12H 22O 11+H 2O C 6H 12O 6+C 6H 12O 6 （蔗糖） （葡萄糖） （果糖）它是一个二级反应，在纯水中此反应的速率很慢，通常需要在H +离子催化作用下进行。

由于反应时水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可近似地认为整个反应中水的浓度是恒定的；而且H +是催化剂，其浓度也保持不变。

因此蔗糖转化反应可看作是准一级反应。

一级反应的速率方程可由下式表示： –dtdc A=A kc (1) C A 为时间t 时反应物的浓度，k 为反应速率常数。

积分可得：0,ln ln A A c kt c +-= (2)式中， C A,0为反应物的初始浓度。

当C A =1/2C A,0时，t 可用t 1/2表示，即为反应的半衰期。

由(2)式可得:(3)从上式可以看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以c ln 对t 作图，可得一条直线，由直线的斜率可求得反应速率常数k ，由于反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是很困难的。

但蔗糖及其转化产物都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管的长度及温度均有关系。

当其它条件均固定时，旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系，即α=βc （4） 式中比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度等有关。

作为反应物的蔗糖是右旋性物质，其比旋光度[α] =66.6º；生成物中葡萄糖也是右旋光性物质，其比旋光度[α] =52.5º，但果糖是左旋性物质，其比旋光度[α] =-91.9º。

物理化学――旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
旋光法是一种用于测定物质旋光性质的方法，通过测量物质对偏振光的偏转角度来确定旋光度。

在物理化学中，旋光法可以用于测定化学反应的速率常数。

对于蔗糖的转化反应，旋光法可以用来测量反应物蔗糖的旋光度随时间的变化，从而得到蔗糖转化反应的速率常数。

具体测定方法如下：
1. 准备装置：使用一个旋光仪或偏振光仪来测量蔗糖溶液的旋光度。

装置中需要有一个光源、一个载物池和一个旋光度检测器。

2. 准备试剂：制备一系列蔗糖溶液，浓度逐渐增大或减小。

可以通过称量蔗糖和加入适量的溶剂来制备。

3. 测量旋光度：将蔗糖溶液加入到载物池中，然后通过旋光仪或偏振光仪测量蔗糖溶液的旋光度。

每隔一段时间，记录一次旋光度值。

4. 绘制旋光度随时间变化的曲线：将测得的旋光度值与时间绘制成图表，可以得到一个旋光度随时间变化的曲线。

5. 速率常数的计算：根据测得的旋光度随时间变化的曲线，可以使用反应速率方程计算蔗糖转化反应的速率常数。

需要注意的是，蔗糖转化反应的速率常数可能会受到溶液的温
度、pH值以及其他条件的影响。

因此，在实验中应该尽可能控制这些条件，以确保得到准确的结果。

同时，实验过程中还需要注意安全操作，避免接触到化学品和使用的仪器设备。

1、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数1. 简述旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数的实验原理。

答：蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖，其反应为：由于水是大量存在的，是催化剂，反应中它们浓度基本不变，因此蔗糖在酸性溶液中的转化反应是准一级反应。

由一级反应的积分方程可知，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以对t 作图，可得一直线，由直线斜率可得k 。

然而反应是不断进行的，要快速分析出反应物的浓度是困难的。

但蔗糖及其转化产物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

溶液的旋光度和溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶剂性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关，当其他条件均固定时，α＝βc 。

在某一温度下测出反应体系不同反应时刻t 时的及a ∞，以()∞-ααt ln 对t 作图可得一直线，从直线斜率即可求得反应速率常数k ，半衰期k t 2ln 21=。

2. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，如果所用蔗糖不纯，对实验有何影响？答：本实验通过旋光度的测定来测蔗糖反应速率，蔗糖是右旋性物质，其[] 6.66 20＝Dα，葡萄糖是右旋性物质，其[] 5.52 20＝D α，果糖是左旋性物质，其[] 9.91 20-＝Dα，因此随着反应的进行反应体系的旋光度由右旋变为左旋。

若蔗糖不纯，所含杂质如果无旋光性对实验无影响，如果具有一定的旋光性会影响实验旋光度的测量，使实验结果不准确。

3. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，测旋光度时不作零点校正，对实验结果有无影响？答：无影响，本实验中，所测的旋光度αt可以不校正零点，因αα∞，已将系统的零点误差消除掉。

4. 在旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验中，蔗糖水解实验中配制溶液为何可用台称称量？答：蔗糖初始浓度对于数据影响不大。

速率常数K和温度和催化剂的浓度有关，实验测定反应速率常数k，以(αα∞)对t作图，由所得直线的斜率求出反应速率常数k，和初始浓度无关，蔗糖的称取本不需要非常精确，用台称称量即可。

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 4．测定蔗糖转化反应的平均活化能 二、实验原理蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖： H +C 12H 22O 11 + H 2O —→ C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6（蔗糖） （葡萄糖） （果糖）其中，蔗糖和葡萄糖是右旋的，果糖是左旋的，但果糖的比旋光度比葡萄糖大，反应过程中，溶液的旋光度将由右旋逐渐变为左旋。

蔗糖水解反应是一个二级反应，但由于水是大量存在的，在反应过程中可以认为浓度不变，在反应过程中的氢离子是一种催化剂，也可以认为浓度不变，由此，蔗糖水解反应可作为一级反应来处理，又称为“假一级反应”。

如果以 c 表示到达 t 时刻的反应物浓度，k 表示反应速率常数，则一级反应的速率方程为：- dc / dt = kt 对此式积分可得：ln c = - kt + ln c 0式中 c 为反应过程中的浓度，c 0为反应开始时的浓度。

当 c = c 0 / 2 时，时间为 t 1/2，称为半衰期。

代入上式，得： t 1/2 = ln 2 / k = 0.693 / k测定反应过程中反应物浓度，以 ln c 对 t 作图，就可以求出反应的速率常数 k 。

在这个反应中，利用体系在反应进程中的旋光度不同，来度量反应的进程。

用旋光仪测出的旋光度值，与溶液中旋光物质的旋光能力、溶剂的性质、溶液的浓度、温度等因素有关，固定其它条件，可认为旋光度α与反应物浓度c 成线性关系。

物质的旋光能力用比旋光度来度量：蔗糖的比旋光度[α]D20=66.6°，葡萄糖的比旋光度[α]D20=52.5°，果糖是左旋性物质，它的比旋光度为[α]D20=-91.9°。

因此，在反应过程中，溶液的旋光度先是右旋的，随着反应的进行右旋角度不断减小，过零后再变成左旋，直至蔗糖完全转化，左旋角度达到最大。

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k 、半衰期21/t 和活化能Ea2.了解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.基本原理蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为:C 12H 22O 11 + H 2O → C 6H 12O 6 + C 6H 12O 6(蔗糖) (葡萄糖) (果糖)它是一个二级反应,在纯水中此反应的速率极慢,通常需要在H +离子催化作用下进行。

由于反应时水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应,仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的,而且H +作为催化剂,其浓度也保持不变.因此蔗糖转化反应可近似为一级反应。

一级反应的速率方程可由下式表示: kc dtdc =- ......... (12.1) c 为时间t 时的反应物浓度,k 为反应速率常数。

积分可得:0c kt c ln ln +-= .........(12.2)0c 为反应开始时反应物浓度。

当050c c .=时,可用21/t 表示反应时间,既为反应的半衰期:kt 221ln /= .........(12.3) 从(12.2)式不难看出,在不同时间测定反应物的相应浓度,并以ln c 对t 作图,可得一直线,由直线斜率即可得反应速率常数k o 然而反应是在不断进行的,要快速分析出反应物的浓度是困难的.但蔗糖及其转化物,都具有旋光性,而且它们的旋光能力不同,故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。

溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。

当其它条件固定时,旋光度α与反应物浓度c 呈线性关系,即:c a β=.........(12.4)式中比例常数β与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度、温度等有关。

物质的旋光能力用比旋光度来度量,比旋光度用下式表示:A20D C L a a ⨯=][ ......(12.5) 式中20D ][a 右上角的“20”表示实验时温度为20℃,D 是指用钠灯光源D 线的波长(即589nm),a 为测得的旋光度(o ),L 为样品管长度(dm),C A 为试样浓度(g/ml)。