loadingC181 实验目的
蔗糖转化反应动力学
1) 测定蔗糖水溶液在酸催化作用下的反应速率常数和半衰期。
2) 了解旋光度的概念，学习旋光度的测量方法及在化学反应动力学研究中的应用。 2 原理
蔗糖在水溶液中的转化反应为
C12H22O11?蔗糖??H2O????C6H12O6?葡萄糖??C6H12O6?果糖?
[H?]此反应是一个二级反应，在纯水中反应速率极慢，通常需要在H 的催化作用下进行。当蔗糖含量不大时，反应过程中水是大量存在的，尽管有部分水分子参加了反应，仍可认为整个反应过程中水的浓度是恒定的。H+是催化剂，其浓度也保持不变。则此蔗糖转化反应可以看作是准一级反应，反应速率为
+
???dc蔗dt?dc葡dt?dc果dt?kc蔗
（C18.1）
式中：k 为蔗糖转化反应速率常数，c蔗 为时间t时蔗糖的浓度。
当t＝0时， ln当c蔗?c0,蔗c蔗?kt (C18.2)
1c0,蔗 时，相应的时间t即为半衰期t1，且
22t1?2ln20.6931 ?kk(C18.3)
测定不同t时的c蔗可求得k 。在化学反应动力学研究中，要求能实时测定某反应物或生成物的浓度，且测量过程对反应过程没有干扰，本实验通过测量旋光度来代替反应物或生成物浓度的测量。
旋光性物质的旋光角
???mmA （C18.4）
式中：αm为旋光性物质的质量旋光本领，与温度、溶剂、偏振光波长等有关；m为旋光性物质在截面积为A的线性偏振光束途径中的质量。由此式可得
???mnMlAl??mMlc
（C18.5）
M为旋光性物质的摩尔质量，l为旋光管的长度。当温度、溶剂、偏振光波长、旋光物质与旋光管长度一定时，将上式改写为
??Ac (C18.6)
式中A为常数。当旋光管中同时存在多种旋光性物质时，总的旋光角等于各旋光性物质旋光角之和。
蔗糖、葡萄糖和果糖都具有旋光性，但旋光能力不同，因此，随着反应的进行，蔗糖、葡萄糖、果糖的浓度发生变化，总旋光角也发生变化。蔗糖、葡萄糖为右旋，果糖为左旋。所以反应过程中右旋角不断减小，反应完毕时溶液呈左旋。
蔗糖水解反应过程中，不同时间t时，反应物、生成物浓度为
C12H22O11?H2O????C6H12O6?C6H12O6
c0,蔗＝c蔗＝[H?]?0???A蔗?A葡?A果
?t???A蔗?A葡?A果
由式C18.2得
1c1???? k?ln0,蔗?ln0tc蔗t?t???ln(?t???)??kt?ln(?0???)
（C18.7）
以ln(?t???)对t作图，则图为一直线，由直线斜率可求得蔗糖转化反应速率常数k 。
3 仪器和试剂
旋光仪
磨口塞锥形瓶（250ml） 移液管（50ml） HCl溶液
恒温槽
烧杯（100ml、1000ml） 蔗糖（A.R.） 容量瓶（50ml）
4 实验操作
1) 打开恒温槽，将设定温度调至55℃。
2) 配制溶液：10.0g蔗糖用少量水溶解，注入50ml容量瓶，稀释至刻度。 3) 取盐酸（12.0mol·dm-3）12.5ml配制成盐酸溶液50ml HCl溶液（3.0mol·dm-3）于干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中。
4) 将旋光仪测试管洗净后装入去离子水测试旋光率，待示数稳定后，按“清零”按钮。
5) 将蔗糖溶液倒入另一干燥、洁净的250ml磨口塞锥形瓶中，将50mlHCl溶液迅速倒入蔗糖溶液中，同时开动秒表计时。两瓶来回倒几次，使溶液倒尽，并加塞混匀。
6) 迅速取少量混合液洗涤旋光测试管两次，在测试管内装满混合液，用镜头纸将测试管两端玻璃片擦干，迅速放入旋光仪内，测量第一个数据α1 ，同时记录时间，测定α1尽量在3min内完成。以后每隔2min测一次。至少测量至旋光度为负值（左旋）。
7) 将剩余混合液置于55℃水浴内保温30min ，然后冷却至实验温度测α∞ 。 8) 所测旋光角为室温下值，取平均值。
9) 充分洗净测试管，擦净后放回仪器盒，以防酸蚀。洗净锥形瓶并晾干。
5 数据记录及处理
实验条件：室温T=21.1℃ 实验数据：
C蔗糖=0.584mol/L α∞=?4.215
编号 时间/min 旋光角/ 1 3 2 5 3 7 4 9 9.720 12 5 11 8.883 13 6 13 8.018 14 7 15 7.185 15 8 18 5.735 16 12.060 11.378 10.538 9 10 11 2.78963 2.74682 2.69145 2.63440 2.57246 2.50414 2.43361 2.29757 编号 时间/min 旋光角/ 20 5.145 25 3.300 30 1.710 34 0.613 37 42 48 55 -0.090 -1.060 -1.943 -2.643 2.23645 2.01690 1.77918 1.57443 1.41707 1.14899 0.82066 0.45235 αt对t作图，如下：
14121086420-2-40102030405060 以ln(αt?α∞)对t作图,如下：
32.521.510.500102030405060y = -0.0452x + 3.0592 由
ln(αt?α∞)=?k×t+ln(α0?α∞)
可知：k=0.0452min-1