蔗糖水解反应速率常数的测定 主讲教师：张丽丹教授 北京化工大学化学实验教学示范中S
北京化工大学化学实验教学示范中心 主讲教师：张丽丹 教授
一、 实验目的 北京化工大学 化学实验教学中心 1.用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数，掌握测定反 应速率常数的基本方法，了解古根亥姆动力学数据处 理方法的原理； 2.了解和掌握旋光仪的原理和使用方法。 3.进一步理解用物理量代替测量浓度，来进行化学动力 学研究
一、实验目的 1.用旋光法测定蔗糖水解反应的速率常数，掌握测定反 应速率常数的基本方法，了解古根亥姆动力学数据处 理方法的原理； 2.了解和掌握旋光仪的原理和使用方法。 3.进一步理解用物理量代替测量浓度，来进行化学动力 学研究。 北京化工大学 化学实验教学中心
二、实验原理 北章化工大学 化学实骏教学中心 C12H2011+H,0 →C6H20。+C6H20。 蔗糖（右旋） 葡萄糖（右旋） 果糖（左旋） d r=- CCnkCOCCrzOn dt 已有文献报道=6，故反应较复杂。k为反应速率常 数，与温度、催化剂(H)的种类和量有关
二、实验原理 已有文献报道n=6，故反应较复杂。k为反应速率常 数，与温度、催化剂（H+）的种类和量有关。 北京化工大学 化学实验教学中心 12 22 11 2 6 12 6 6 12 6 H C H O + H O C H O + C H O + ⎯⎯⎯→ 蔗糖（右旋） 葡萄糖（右旋） 果糖（左旋） C H O H O C H O 12 22 11 2 12 22 11 d n r c kc c dt = − =
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 反应式中反应物是等计量系数，蔗糖的摩尔质量 (342.18g/mol)远大于水的摩尔质量(18.02g/mol),故 在浓度不大的情况下（质量分数30%以下)，蔗糖水解所 消耗的水量是很小的，可认为c(H,O)基本保持不变，速 率方程简化为： d cel,0=kciocuo,-kcnH0l 准一级反应
二、实验原理 反应式中反应物是等计量系数，蔗糖的摩尔质量 （342.18g/mol）远大于水的摩尔质量（18.02g/mol），故 在浓度不大的情况下（质量分数30%以下），蔗糖水解所 消耗的水量是很小的，可认为c（H2O）基本保持不变，速 率方程简化为： 准一级反应。 北京化工大学 化学实验教学中心 C H O H O C H O C H O 12 22 11 2 12 22 11 12 22 11 = d n r c kc c k c dt = − = ‘
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 积分得（用c表示蔗糖的浓度，t为时间) In C=-kt Inc,=-kt+In co Co 以lnc对t作图的直线，斜率为-k。 采用物理量代替浓度研究动力学方程是常用的方法。 通过旋光度与浓度之间具有线性关系，该反应采用测定反 应系统的旋光度的方法得到速率常数k
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 积分得（用c表示蔗糖的浓度，t为时间） ' ' 0 0 ln ln ln t t c k t c k t c c = − = − + 以lnct对t 作图的直线，斜率为-k’ 。 采用物理量代替浓度研究动力学方程是常用的方法。 通过旋光度与浓度之间具有线性关系，该反应采用测定反 应系统的旋光度的方法得到速率常数k
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 由于蔗糖及其水解产物具有旋光性，各自的旋光能力不同， 并且旋光性具有加和性，随着反应的进行，该反应的旋光性 由右旋变小，逐渐变到左旋。记录旋光度~时间的变化测其 速率常数。影响物质旋光能力的因素很多，引入比旋光度的 概念： a-名2xo 式中，T为温度，D表示光源波长为钠光谱的D线(589.3nm),a为测得 的旋光度，1为光程长度（单位为dm),c为浓度(100mL溶液所含溶质 的克数)。 则旋光度为： a=e☒61.c 100
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 由于蔗糖及其水解产物具有旋光性，各自的旋光能力不同， 并且旋光性具有加和性，随着反应的进行，该反应的旋光性 由右旋变小，逐渐变到左旋。记录旋光度~时间的变化测其 速率常数。影响物质旋光能力的因素很多，引入比旋光度的 概念： 100 T D l c = 式中，T为温度，D表示光源波长为钠光谱的D线（589.3nm），α为测得 的旋光度，l为光程长度（单位为dm），c为浓度（100mL溶液所含溶质 的克数）。 则旋光度为： 100 T D l c =
二、实验原理 北章化工大学 化学实验教学中心 其他条件不变时旋光度与浓度成正比，即： O=K旋C 蔗糖、葡萄糖和果糖的比旋光度分别为66.6°、52.5°、 91.9°，正角表示右旋，负角表示左旋。随着反应进行，系 统的旋光度由右旋→减小→零→左旋。 初始旋光度和反应终了时的旋光度为： =K反C a&。=K生C 式中，K反与K生表示反应物和生成物的旋光比例常数；C0 为反应物初始浓度，数值上等于生成物的最后浓度
二、实验原理 蔗糖、葡萄糖和果糖的比旋光度分别为66.6o 、52.5o 、 -91.9o，正角表示右旋，负角表示左旋。随着反应进行，系 统的旋光度由右旋→减小→零→左旋。 北京化工大学 化学实验教学中心 其他条件不变时旋光度与浓度成正比，即： =K c 旋 初始旋光度和反应终了时的旋光度为： 0 0 0 =K c K c 反 = 生 式中，K反与K生表示反应物和生成物的旋光比例常数；c0 为反应物初始浓度，数值上等于生成物的最后浓度
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 设t时刻蔗糖浓度为c,则生成物浓度为c,-c,此时溶液旋 光度为，根据旋光度的加和性，有： &=K反C,+K生(C-C,) In C=-kt =K反C,0n=KEc0 Co c,=。a a,-0.O K反K生 Kg-KO In(a-a)=k't+In(ao-a)o ln(a-o)对t作图得直线，斜率可得到速率常数
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 设 t 时刻蔗糖浓度为ct，则生成物浓度为c0 - ct，此时溶液旋 光度为 αt，根据旋光度的加和性，有： t 0 =K c K c c 反 t t + − 生 ( ) 0 t 0 t - - c c K K K K − − = = 反 生 反 生 ln - =- ' ln - ( t 0 ) k t + ( ) ln(αt -α∞)对 t 作图得直线，斜率可得到速率常数。 0 0 0 =K c K c 反 ， = 生 ' 0 ln t c k t c = −
二、实验原理 北章化工大学 化学实验教学中心 In(a-a)=k't+In(ao-a) 此方程的应用需要测ao,因为a很难测准，为了避免测ao, 可以采用古根亥姆法： In(a-duA)=k't+C 式中，△是一个合适得恒定时间间隔，最好选用实验时间的 一半，本实验反应时间大约1h,△是可以确定为30min左右。 古根玄姆法方程的推导课下预习。 若一个反应100min完成，选择时间间隔？△t确定多少？
二、实验原理 式中，△t是一个合适得恒定时间间隔，最好选用实验时间的 一半,本实验反应时间大约1h，△t是可以确定为30min左右。 古根亥姆法方程的推导课下预习。 若一个反应100min完成，选择时间间隔？△t确定多少？ 北京化工大学 化学实验教学中心 ln - =- ' ln - ( t 0 ) k t + ( ) 此方程的应用需要测α∞，因为α∞很难测准，为了避免测α∞， 可以采用古根亥姆法： ln - =- ' ( t t+ t ) k t C+
三、实验步骤 北京化工大学 化学实验教学中心 1.仪器和药品： 旋光管 秒表 旋光仪 盐酸一 蔗糖 移液管 图1实验用仪器等图组
三、实验步骤 北京化工大学 化学实验教学中心 1.仪器和药品： 旋光仪 旋光管 盐酸 蔗糖 移液管 秒表 图1 实验用仪器等图组