天津师范大学：《物理化学实验》课程教学课件（PPT讲稿）蔗糖水解反应速率常数的测定

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《物理化学实验》 天津师范大学化学学院 COLLEGE of CHEMISTRY

師勒1958蔗糖水解反应速率常数的测定Determination of The Rate Constantof Sucrose Hydrolysis Reaction

蔗糖水解反应 速率常数的测定 Determination of The Rate Constant of Sucrose Hydrolysis Reac tion

一实验目的1.测定蔗糖水解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4.理解化学动力学的研究方法師鞍ANLS1958NORMAL

一 实验目的 1.测定蔗糖水解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。 4.理解化学动力学的研究方法

二实验原理蔗糖是从甘蔗内提取的一种纯有机化合物，也是和生活关系最密切的一个天然碳水化合物它是由左旋的果糖和右旋的葡萄糖通过半缩酮和半缩醛的羟基相结合而生成的。蔗糖经酸性水解后，产生一分子葡萄糖和一分子果糖：HC12H2Ou + H,0>C,H,O +C.H20燕糖葡萄糖果糖師鞍11958RMAL

二 实验原理 蔗糖是从甘蔗内提取的一种纯有机化合物，也 是和生活关系最密切的一个天然碳水化合物， 它是由左旋的果糖和右旋的葡萄糖通过半缩酮 和半缩醛的羟基相结合而生成的。 蔗糖经酸性水解后，产生一分子葡萄糖和一分子 果糖： 蔗糖 葡萄糖 果糖 12 22 11 2 6 12 6 6 12 6 H C H O H O C H O C H O + + ⎯⎯→ +

该反应是一个三级反应，在纯水中此反应的速率极慢，通常需要在H+催化作用下进行。由于反应时水是大量存在的，尽管有部分参与了反应，仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的：而H+是催化剂，其浓度也保持不变。因此蔗糖水解反应可看作为准一级反应（动力学上称为过量浓度法或孤立法）。師载11958RMAL

该反应是一个三级反应，在纯水中此反 应的速率极慢，通常需要在H+催化作用下 进行。由于反应时水是大量存在的，尽管 有部分参与了反应，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。因此蔗糖水 解反应可看作为准一级反应（动力学上称 为过量浓度法或孤立法）

dc一级反应的速率方程为：=kcdt式中：c为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。(1)积分可得：ln c=-kt + lnco式中：C为反应开始时反应物浓度。ln2当c==c时，时间可用t，表示，即为反应半衰期。k肺鞍2S1958RMAL

一级反应的速率方程为： dc kc dt − = 式中：c为时间t时的反应物浓度， 0 积分可得： ln ln c kt c = − + 式中：c0为反应开始时反应物浓度。 0 1 1 2 2 1 ln 2 2 c c t t t k 当 = = 时,时间 可用 表示,即为反应半衰期。 k为反应速率常数。 （1）

因为蔗糖及其水解产物都具有旋光性而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变化来度量反应进程本实验通过测定反应液的旋光度来求得蔗糖水解反应的速率常数k和半衰期t1/2。師载1958CMAL

因为蔗糖及其水解产物都具有旋光性， 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变化来度量反应进程。 本实验通过测定反应液的旋光度来求得蔗糖 水解反应的速率常数k和半衰期t1/2

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、样品管长度及温度等均有关系。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式中：比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度及温度等有关。物质的旋光能力用比旋光度来度量，比旋光度用下式表示：[α10右上角的20表示实验时温度为20℃α·100D是指用钠灯光源D线的波长（即589nm）[α] =α为测得的旋光度，1为样品管长度（dm）l.CAc为浓度（g/100ml）師鞍41958RMAL

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、样品管长度及温度等均有 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 式中：比例常数β与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度及温度等有 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： 20 100 [ ]D A l c    =  20 0 [ ] 20 20 , ( 589 ), , ( ), ( /100 ). D A C D D nm l dm c g ml   右上角的 表示实验时温度为 是指用钠灯光源 线的波长 即 为测得的旋光度 为样品管长度 为浓度

反应物蔗糖是右旋性物质，其比旋光度[α],20=66.6°；生成物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[α].20=52.5°；但果糖是左旋性物质，其比旋光度[α].20=-91.9°由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性质。因此随着反应的进行，体系的右旋角不断减少，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全水解这时左旋角达到最大值α。（实验过程中数据规律）。師勒N1958MAL

反应物蔗糖是右旋性物质，其比旋光度 [α]D 20=66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性 物质，其比旋光度[α]D 20=52.5o；但果糖是 左旋性物质，其比旋光度[α]D 20=-91.9o 。 由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋 性大，所以生成物呈左旋性质。因此随着 反应的进行，体系的右旋角不断减少，反 应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于 零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全水解， 这时左旋角达到最大值α∞（实验过程中数 据规律）

(1)In c = -kt + ln co(2)设体系最初的旋光度为：α=β反C（t=0，蔗糖尚未转化）(3)α=β±Co体系最终的旋光度为：（t=8，蔗糖已完全转化）当时间为t时，蔗糖浓度为c，此时旋光度为αt，即：α, = β反C+β生(Co -C)(4)将(2)、(3)和(4)式代入(1)式：師鞍In(α, -α.) =-kt +ln(α -α)2LIS1958RMAL

（t=0，蔗糖尚未转化） 设体系最初的旋光度为： 0 0   = 反c （2） 体系最终的旋光度为： 0   c  = 生 （t=∞，蔗糖已完全转化） （3） 当时间为t时，蔗糖浓度为c，此时旋光度为αt， 即： 0 ( ) t    = + − 反c c c 生 （4） 0 ln ln c kt c = − + 将(2)、(3)和(4)式代入(1)式： （1） 0 ln( ) ln( ) t     kt − = − + −  