兰州交通大学：《物理化学》课程教学资源（实验指导）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： C2H2O,(蔗糖)+H,0→C6H2O,(葡萄糖)+C6H,O,(果糖) 蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性物质，它们的比旋光度为： [a]8=66.65°，【a]8=52.5°，[a果]8=-91.9° 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一一蔗糖初浓度：X一一反应了旅糖浓度。 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入（这里是旋光度）的贡献分别是入a、入b、入x、入y, 它们与浓度的关系分别是： =LA:b=mB:xxm☒：入y=PY 式中，L、m、n、p为比例常数 因入=N+入b+入x+入y 而在反应进程中： 入a=L(a-x):b=m(b-x=mlb-a)=(a-x:Xx=nx:入y=px。 故入=L+m(a-x)+m(b-a+(n+p)x(2) 在(2)式右端加、减an+p,然后合并得 =L+m-pa-x)tm(b-ata(ntp）(3) 反应开始时，aX=a:反应完毕时，ax= X0-(L+m-n-p)a+m(b-a)+a(n+p) (4) 入8=m(b-atan+p) (5) (3)式-(5)式x.x8=(L+m-n-p)(ax)(6) (4)式-(5)式0-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 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： C12H22O11（蔗糖）+ H2O → C6H12O（葡萄糖） 6 +C6H12O（果糖） 6 蔗糖、葡萄糖、果糖都是旋光性物质，它们的比旋光度为： [ ] = 66.65 20  蔗 D ，[ ] = 52.5 20  葡 D ，[ ] = −91.9 20  果 D 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： kt a x a = − ln 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： λa=L[A]；λb=m[B]；λx=n[X]；λy=P[Y] 式中，L、m、n、p 为比例常数。 因λ=λa+λb+λx+λy 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：

SYC15 2006 428 蔗糖水解实验仪器 (8) 如果m、n、p为零，即这些物质与入无关，则入8-0， ④式简化为。h子=女 (9) 物性入可以是旋光度、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： In d-a==kl C-C。 (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50一60℃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[1,23引处理数据，可不必测a-。 把在t和+△（△代表一定的时间间隔）测得的a分别用和表示，则有 ara-=(ar-a-)e (11) aa-a--(ao-a-)e+) (12) (l)式-(12)式a-a+a-(a-a-e1-ek

蔗糖水解实验仪器 = kt − −     0  ln （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： = kt  0 ln （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： = kt − −      0  ln （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 at 和 at+△表示，则有 at-a∞=(a0-a∞)e-kt （11） at+△-a∞=(a0-a∞)e-k(t+△) （12） (11)式—（12）式 at-at+△=(a0-a∞)e-kt(1-e -k△ )

取对数ln(a-a+a)Hn(ao-a(l-ek一kt(13) 从(13)式可看出，只要△保持不变，右端第一项为常数，从ln(-a)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△=30mi,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维形瓶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、在小烧杯中称取蓝糖约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5mi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25ml4mdl·L-1盐酸溶液的100ml锥形瓶放入恒温梧中，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。 (t+△)/min Lna-a+a） 5 35 15 45 20 50 子 必 30 60 2、以ln(a-a+a)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？

取对数 ln(at-at+△)=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-at+△）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。 t/min at (t+△)/min at+△ at-at+△ Ln(at-at+△) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2、以 ln（at-at+△）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2一3倍。因此进行实验的 反应时间不能太短

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