旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

徐州师范大学化学化工学院

物理化学教研室

问 题

本实验测量和记录那些物理量？

主要用什么仪器来测量？

能够得到什么样的实验结果？

目的要求 测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期

了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系

了解旋光仪基本原理，掌握旋光仪的正确使用

方法

基本原理 C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

( 蔗糖 ) (葡萄糖 ) ( 果糖 )

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

准一级反应。

除水外，其余物质都有旋光性

一级反应的速率方程可由下式表示： -dc/dt =kc

c为时间 t时的反应物浓度， k为反应速率常

数 . 积分可得： ln co/c= -kt

c0 为反应开始时反应物浓度。

t1/2 =ln2 / k = 0.693 /k

基本原理

一定的条件下：旋光度 α与反应物浓度 C呈线形关系：α = βC

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、温度等因素有关。

比旋光度来度量旋光能力 ：[α]D

20 = α×10 / (C×l ).

α = [α]D20 ×l × C/10

C ：浓度 g/ml ， L: 为溶液厚度 cm

基本原理

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

( 蔗糖 ) (葡萄糖 ) ( 果糖 )

66.6 ° 52.5° -91.9°

t=0: α0=β 反 Co

t=t: αt=β 反 C + β 产 (Co – C) ，蔗糖浓度为 C

t→∞ ： α∞=β 产 C, 蔗糖已完全转化

ln(αt-α∞)= -kt+ln(αo-α∞)

以 ln(αt-α∞)对 t作图可得一直线，从直线斜率既可求得反应

速率常数 k 。

求出 C 和 Co 的表达式 代入动力学方程： ln Co/C= kt ，可得：

20D

基本原理

仪器与试剂

旋光仪 移液管 (25mL,50mL) 恒温槽 蔗糖 (分析纯 ) 容量瓶 (50mL) HCl溶液 (3.00mol.dm-3) 锥形瓶 (100mL)

旋光仪的结构和原理

图 1 偏振光强度

1 偏振光和自然光的区别：

透过检偏镜的强度：

2 旋光仪的结构 图 2 旋光仪光路图

图 3 旋光仪测量原理

图 3 旋光仪外形 1 ．底座 2 电源开关 3 度盘转动手轮 4 读数放大镜

5 调焦手轮 6 度盘及游标， 7 镜筒 8 ．镜筒盖 9 ．镜盖手柄 10 ．镜盖连接图 11 灯罩 12 灯座

旋光仪的结构和原理

实验步骤 一、旋光仪的零点校正 校正时，在样品管内灌满蒸馏水，旋上盖子。此时管内不应该有气泡存在。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。

注意：（ 1）不能用力过猛，不漏水即可； （ 2）如果有气泡，将其放在胖度的位置。

二、反应过程的旋光度的测定 恒温（ 25oC ）现配蔗糖溶液： 10g蔗糖＋ 50mL蒸馏水分别用移液管吸取蔗糖和盐酸溶液 25.00mL在两个干燥的锥形瓶内，加盖。恒温后迅速混合，开始计时，立即用少量反应液荡洗旋光管，然后将反应液装满旋光管，放入恒温槽中，当反应分别进行到 5、 10、 15、 20、 30、 50、 75、 100min等，测量旋光度，一直测量到旋光度为负值为止。 (测量要快速、准确 ) 升高温度至 35oC，测定不同温度下蔗糖的水解速率。

实验步骤

三、 α∞的测量

将锥形瓶内剩余的反应混合液，置于 5

0～ 55oC的水浴内温热 120min，使其加速

反应至完全。然后取出，冷至实验温度下

测定旋光度，既为 α∞值。

注意：温度不能太高，否则会引起副反应

实验步骤

数据处理

以 ln(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 。

根据实验测得的 k（ T1）和 k（ T2），

利用阿仑尼乌斯（ Arrhenius）公式计算反应的平均活化能。

实验注意事项

1. 快而准：快速调出三分视野相同的暗视野

2. 注意实验温度3. 旋光仪不要长时间开启4. 实验结束时，应将旋光管洗净干燥，

防止酸对旋光管得腐蚀。

思考题1. 试问在蔗糖转化反应过程中为什么可用蒸馏水来校正旋光仪的零点？所测的旋光度 αt是否必须要进行零点

校正？

2. 配置蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果是否有影 响？

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里去了，可否将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去？为什么？

4. 用长的旋光管好，还是短的好？

5. 旋光度的测定还能有那些应用？