贵州大学实验报告
大学化学实验II实验报告—— 物理化学实验
学院：化学与化工学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工122
姓名 学号 实验项目名称 杨云 1208110212 实验日期 指导教师 成绩 汤富勇、殷江、季节 同组人 蔗糖水解反应速率常数的测定 实验目的 1、 测定一个温度下蔗糖水解反应的速率常数和半衰期 2、 掌握自动旋光仪的使用方法 1
蔗糖水溶液在酸性介质下，按下式发生水解反应： C12H22O11 + H2O H+ C6H12O6 + C6H12O6 蔗糖 葡萄糖 果糖 实验原理 上述反应为二级反应，反应速率方程为： -dc蔗/dt=k'c蔗c （1） 当溶液浓度较稀时，反应物水是大量的，尽管有部分水参与反应，但可以近似认为在整个反应过程中水的浓度基本是恒定的。H+是催化剂，其浓度也保持不变。因此反应可以看作是准一级反应，其速率方程为： -dc蔗/dt=kc蔗 （2） 将式（2）移项积分，得 2
ln(c0/ct)=kt (3) 式中，C0为反应开始时蔗糖的初始浓度；Ct为t时刻蔗糖的浓度,k为速率常数,t为反应时间。当Ct=?C0时,t可用t?表示，即为反应的半衰期。由式（2）可得 t?=ln2/k=0.0693/k (4) 测定ct的方法有化学法和物理法两种。 1.化学法 化学法即在反应过程中每过若干时间，取出一部分反应混合物，并使取出的反应物迅速停止反应（可采用降温，加阻化剂，稀释等），记录时间，然后此时反应物的浓度（容量法）。但要使反应迅速停止是有困难的，故误差较大。 2.物理法 物理法是根据反应物和生成物的某一物理性质与反应物浓度呈单值对应的特点，通过测定反应体系中物理性质的变化跟踪反应进程。随着反应的进行，该物理量将不断改变，在不同时间测定该物理量，就可以计算出反应物浓度的改变。 本实验是通过测定体系的旋光度来跟踪反应进程的。当一束平面偏振光通过某些物质时，其振动方向会发生改变，此时光的振动面旋转一定的角度，这种现象称为物质的旋光现象。
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物质的这种使偏振光的振动面旋转的性质叫做物质的旋光性。凡有旋光性的物质称为旋光物质。蔗糖及其水解产物都有旋光性，但各自的旋光能力是不同的，故可以利用体系在水解过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。 为了比较各种物质的旋光能力，引入比旋光度的概念，所得比旋光度用[a]tD表示。溶液的旋光度a与比旋光度[a]tD的关系可以用下式表示： a=[a]tD cl (5) 式中，t为实验温度，D为光源波长，本实验采用钠黄光，波长为589.6nm;l为测量溶液的液层厚度。由式（5）可知，当其他条件不变时，旋光度a与浓度c成正比，即 a=kc (6) 式中，K是常数。 实验中，把一定浓度的蔗糖水溶液与一定浓度的盐酸等体积混合，用旋光仪测定旋光度随时间的变化关系，然后推算蔗糖的水解程度。蔗糖是右旋光物质其比旋光度为66.60；水解产生的葡萄糖也是右旋光物质，其比旋光度为52.50;而果糖则是左旋性物质，其比旋光度为-91.90。由于果糖的左旋性比较大，因此随着水解反应的进行，右旋性不断减小，最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比，并且溶液的旋光度为各
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组分的旋光度之和。若反应时间为0、t、∞的旋光度分别用a0、at、a∞表示，则 a0=k反c0 a∞=k产c0 (7) (8) at=k反ct+k产(c0-ct) (9) 式中，a0为蔗糖未水解时的旋光度；a∞为蔗糖全部水解后的旋光度；at为蔗糖水溶液水解到t时刻时体系的旋光度；式（7）～式（9）中的k反和k产分别为反应物与产和折比例常数。由式(7)、(8)、(9)联立可以解得 C0=（a0-a∞）/（k反-k产）=k'(a0-a∞） (10) C=（at-a∞）/（k反-k产）=k'(at-a∞)
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