影
响的测定
H+ 浓度对蔗糖转化反应速率影响的测定
08化教
一．实验目的
吴英、罗群
1. 了解旋光仪的基本原理，掌握其使用方法； 2. 了解反应物浓度与旋光度之间的关系；
3. 利用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数与半衰期； 4. 探究 H浓度对蔗糖转化反应速率影响。
二．实验原理
蔗糖在水中转化为葡萄糖和果糖：
H
+
+
C12H 22O11 + H2O —→ C6H 12O 6 + C6H12O6
（蔗糖） （葡萄糖） （果糖）
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。
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 c0
式中 c 为反应过程中的浓度， c0为反应开始时的浓度。 当
c=c0/ 2 时，时间为 t 1/2，称为半衰期。代入上式，得：
t1/2= ln2/ k = 0.693/ k
测定反应过程中的反应物浓度， 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 [ αD]=66.6 °，葡萄糖的比旋光度
20
[ αD]=52.5 °，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， 果糖是左旋性物质，它的比旋光度为
20
[ αD]=-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
20
糖完全转化，左旋角度达到最大。
当 t=0 时，蔗糖尚未开始转化，溶液的旋光度为：
α0 = β 反应物 c0
当蔗糖已完全转化时，体系的旋光度为：
α ∞ = β 生成物 c0
此处， β为旋光度与反应物浓度关系中的比例系数。 时间 t 时，蔗糖浓度为 c，旋光度应为：
反应物
c + β 生成物 (c0 - c) 3
由1、2式：
由2、3式：
代入 ln c =-kt +ln
c0 式，可得： ln (αt α0 - α∞ )
- α∞) = -kt +ln (
根据实验测得的反应过程中的旋光度值计算 ln (αt - α∞) ，再 对时间作图，可得一条直线，根据直线斜率可求得反应速率常数。 三．仪器，试剂 仪器：旋光仪 1台，超级恒温槽 1台，锥形瓶，移液管，烧杯， 100ｍＬ容量瓶，玻璃棒，托盘天平。 试剂：蔗糖( AR )，盐酸溶液( 12.0mol/L )，蒸馏水。 四．实验步骤
1. 了解旋光仪的原理与使用方法。
2. 安装仪器，将恒温槽调节到( 25.0 0.1)℃。 3. 旋光仪的零点校正。
4. 配置100ｍＬ 1.2mol/LHCl ，2.4mol/LHCl ，3.6mol/L HCl ，4.8 mol/L HCl ，6 mol/L HCl 溶液。
5. 配置蔗糖水溶液： 称取50克蔗糖加入锥形瓶中， 再加入 250mL
蒸馏 水，是蔗糖完全溶解，若溶液浑浊，则需要过滤。
6. 用移液管分别移入 50.00 mL 蔗糖溶液和 50.00 mL6.0mol/L HCl ， 50.00 mL4.8mol/L HCl ， 50.00 mL3.6mol/L HCl ， 50.00 mL2.4mol/L HCl, 50.00 mL1.2mol/L HCl 溶液于锥形
瓶，置于超级恒温器中恒温 10 min 以上。
7. 反应过程中旋光仪的测定
将6.0mol/LHCl 溶液倒入蔗糖溶液，同时记下反应开始的时间。
用少量混合溶液荡洗旋光管，然后装满旋光管，盖好 （要求管内没有 气泡），反映开始后的 15min 内，每隔 1min 测量一次，然后由于反应 物的浓度的降低而使反应速率变慢， 此时可将每次测量的时间间隔放 宽，一直到反应时间为 50min 为止。
8. 测完全反应时的旋光度：
将含有剩余混合液的试管置于 55℃水浴中加热 40 min ，使其中 蔗糖完全反应。 将反应液冷却至实验温度， 加入旋光管中， 在恒温槽 中恒温 10 分钟，测定其旋光度，作为 α∞值。
9. 不同浓度 HCl溶液旋光度的测量：将不同浓度 HCl溶液分别倒入
蔗 糖溶液重复步骤 7，8。 五．实验数据及其处理过程
1.HCl 的浓度为： 6mol/L
t/min at at
10 28
11 31
12 34
13 37
14 40
15 43
16 46
6.112 5.720 5.404 5.088 4.786 4.504 4.222 3.944
t/min 25
1.872 1.288 0.738 -1.400.306 -0.212 -0.656 -1.078
at 对 t 的数据记录表 a∞的测量值： -4.848 、-4.848 、 -4.848 、-4.848 、-4.848
2.3
2.2
a
2.1 2.0
t
对
t
35 40 45 50
16 20 24 t/min
28 32 36 40
t/min
7.0
6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0
10 15 20 25 30
的工作曲线 对 t 的工作曲线 13.5 17 t/min ㏑(at- a
∞
)
35 38.5 -at 4.659 3.644 2.841 2.152 1.402 0.735 0.144 0.439 ln(a 2.252 2.139 2.040 1.946 1.833 1.720 1.608 1.484 t- 20.5 24 27.5 31 at对 t 的曲线上等间隔 8 个（at—t）数组表
-k=-0.0299 min
-1 -1
-1
k=0.0299 min
-1
t1/2=0.693/k t 1/2=0.693/0.0299=23.177min 2.HCl 的浓度为： 4.8mol/L
at 对 t 的数据记录表
t/m in at 5 6 7 8 9 10 11 12 11.1 10.4 10.3 10.1 9.8 9.6 9.3 9.1 32 86 20 00 24 52 58 66 t/m 13 14 15 18 21 24 27 30 in at 8.91 8.69 8.49 7.75 7.1 6.4 5.8 5.2 0 2 2 8 02 72 52 72 t/m 33 in 36 39 42 45 48 51 at 4.66 4.09 3.58 2.95 2.5 2.2 2.0 4 2 6 0 00 86 64 a∞的测量值： -4.724 、-4.724 、-4.724 、-4.724 、
-4.724 at 对 t 的工作曲线 ㏑(at- a∞)对 t 的工作 曲线
t/min
t/min 10 14 18 22 26 30 34 38 at 9.574 8.638 7.750 6.907 6.074 5.722 4.537 3.750 2.578 2.475 2.399 2.322 2.246 2.157 2.065 ln(a 2.641 t-
at对 t 的曲线上等间隔 8个（at—t）数组表
-k=-0.01819 min t 1/2=0.693/k
-1 -1
-1
k=0.01819 min
t 1/2=0.693/0.01819=38.098 min
-1
3.HCl 的浓度为： 3.6mol/L
at 对 t 的数据记录表
t/ mi 2 n at 3 4 5 6 7 8 9 10 12. 12. 11. 11. 11. 11. 11. 10. 10. 230 012 846 716 412 330 118 990 760 t/ 11 12 13 14 15 18 21 24 27 mi n at 10. 10. 10. 10. 9.8 9.3 8.8 8.2 7.8 634 426 278 068 48 18 76 86 16 t/ 30 33 36 39 42 45 48 50 mi n at 7.2 6.7 6.3 5.8 5.3 4.9 4.4 4.1 66 20 32 00 72 34 74 46
a∞的测量值： -4.824 、-4.824 、 -4.824 、-4.824 、-4.824 、
at 对 t 的 工 作 曲 线
at 对 t 的曲线上等间隔 8 个（ at—t ）数组表
t/min 10 at
14 18 22 26 30 34 38
10.975 10.079 9.313 8.690 8.017 7.292 6.577 5.997
ln(a t2.760 - 2.702 2.649 2.604 2.553 2.495 2.434 2.38 a∞ )
-1
-1
-k=-0.0134 t1/2=0.693/k k=0.0134
t1/2=0.693/0.0134=51.716 min
4.HCl 的浓度为： 2.4mol/L
at 对 t 的数据记录表
t/ 3 mi n 4 5 6 7 8 9 10 11 at 12. 12. 12. 592 490 386 t/ 12. 12. 11. 11. 11. 172 068 958 852 750 mi 12 13 14 15 18 21 24 27 30 n at 11. 11. 11. 11. 10. 10. 10. 9.7 9.3 632 408 294 186 868 514 078 64 30 t/ mi n 33 36 39 42 45 at 9.0 8.5 12 80
7.8 7.5 36 18 a∞的测量值： -4.596 、-4.596 、 -4.596 、-4.596 、-4.596 、
对 t 的 工 作 曲 线 ㏑(at- a ∞)对 t 的工作曲线
at
at 对 t 的曲线上等间隔 8 个( at—t )数组表
-k=-0.00839 t/min 10 14 min 18 22 26 30 34 38
11.869 11.303 10.899 10.358 9.848 9.364 8.848 8.
3 2.636 2.598 2.ln(a 2.801 2.766 2.741 2.705 2.670 5 t- at -1 k=0.00839 min
t1/2=0.693/0.00839=82.598 min
-1
5.HCl 的浓度为： 1.2mol/L
at 对 t 的数据记录表
t/ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 mi n at 12. 12. 12. 12. 12. 12. 12. 12. 12. 714 714 714 610 610 610 510 510 510 t/ mi 11 12 13 14 15 18 21 24 27 n at 12. 12. 12. 12. 12. 12. 12. 11. 11. 410 410 306 306 204 102 002 798 694 t/ 30 33 36 39 42 45 48 50 mi n at 11. 11. 11. 11. 10. 10. 10. 10. 492 388 182 082 978 774 676 574 a∞的测量值： -4.588 、-4.588 、 -4.588 、-4.588 、-4.588 、 a 对 t 的工作曲线
t
㏑(a- a ∞ )对 t 的工作曲线
t
at 对 t 的曲线上等间隔 8 个( at—t )数组表
t/min 10 at 14 18 22 26 30 34 12.487 12.285 12.096 11.949 11.732 11.505 11.316 ln(a 2.838 2.826 2.814 2.806 2.792 2.778 2.766 t- -1 -1
-k=-0.00301 min k=0.00301 min t1/2=0.693/k t1/2=0.693/0.00301=230.232 min
-1-1
CH(mol/l) 1.2 +2.4 3.6 4.8 6 k 0.00301 0.00839 0.0134 0.0182 0.0299 6.转化速率常数与氢离子浓度的关系
+
CH对 k 的数据记录表
k 对 cH的工作曲线
+
0.030
0.025
0.020
k
0.015
0.010
0.005
0.000
0
24
c(mol/l)
根据图表数据可得关系式： k=0.0053 cH-0.0045
+
六、实验结果及其分析
1.实验值与文献值的比较（温度为 25℃）
1.2 C(HCl )/mol /L 2.4 3.6 4.8 6 实验 0.003 0.008 0.013 0.018 0.029 值 01 39 4 19 9 ( 1/mi n) C(HCl)/mol/L 1.2 2.6 3.3 4.3 5.8 文献值（ 1/min ） 0.01746 0.03758 0.04790.05990.08220 8 3 具体文献值未找到， 但是根据近似浓度的文献值， 可以得出实验值与 文献值相差很大。
2.蔗糖的转化速率常数与 H 浓度的关系 根据实验结果，得出两者符
合关系式： k=0.0053 cH-0.0045 可知速率常数随着 H 浓度的增加而增加，但是两者并不成正比关 系。 七、误差分析
+
+
+
1、 HCl 的浓度为的配置不是太准确。
2、 反应时间的没有控制好（提前或推后记录数据） 3、 图表的读数误差
八、实验的关键
1、 因为温度会对反应有影响，所以实验过程中温度的控制很关 键。 2、 本实验是探讨不同浓度的盐酸对蔗糖转化速率常数的影响，因 此
要精确配置 HCl 的浓度。 3、 放置旋光管上的玻璃片时，将玻璃片沿管口轻轻推上盖好，旋 紧
套盖，确保不产生气泡。
九、改进性实验 1、实验过程中随着反应的进行，旋光管里的温度会降低从而影响速 率常数的测定，因此可以在旋光管外加保温设施，降低温度的影响。
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容