物理化学实验报告
744.93 784.40 836.87 897.18 982.74
2.00 1.60 1.05 0.60 -0.10 2.00 1.65 1.10 0.65 -0.10 1.975 1.60 1.05 0.60 -0.125 表4. 盐酸浓度为4.082mol/L时α∞的测定
旋光度（左） -4.50 -4.50 -4.55
4.作图及计算：
（1）作αt-t关系图（用origin软件）：
图1. αt-t关系图
旋光度（右） -4.45 -4.50 -4.60 校正后再平均α∞ -4.54
（2）对盐酸浓度为4.082mol/L,从αt-t关系曲线上读出等间隔时间t（每隔5min）时的旋光角αt，并计算出(αt－α∞)和lg(αt－α∞)的数值：
用Origin软件的Screen Reader功能读取曲线上选定点的数据（因为不会输入X数据求曲线上对应y的数据，只会用Screen Reader，所以可能不太准，误差在αt最后一位）列表如下
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表5. 等间隔时间t（每隔5min）及旋光角αt数据表格（盐酸浓度为4.082mol/L） 反应时间t/min 8 13 18 23 28 33 38 以lg(αt－α∞)对t作图：
图2. lg(αt－α∞)-t关系图及拟合直线（盐酸浓度为4.082mol/L）
9.45 7.50 5.32 3.77 2.53 1.01 0.05 αt αt－α∞ 13.99 12.05 9.86 8.31 7.07 5.55 4.59 lg(αt－α∞) 1.14 1.08 0.99 0.92 0.85 0.74 0.66
由图可得：
反应级数为一级反应（近似），即反应速率只与蔗糖浓度成正比 拟合直线斜率为m=-0.01614, δm=0.0016, 相关系数r=-0.99762
-1
可得反应速率常数k=-0.01614*-2.303=0.03717min,δk=2.303*0.0016=0.004 -1min
-1
结果表示为k=(0.037±0.004) min
2-2
反应半衰期t1/2=0.693/k=18.6min，δt1/2=0.693*k*δk=1.4min, 结果表示为t1/2=（19±1）min
（3）对盐酸浓度为 5.603 mol/L，同理列表如下：
表6. 等间隔时间t（每隔3min）及旋光角αt数据表格（盐酸浓度为 5.603 mol/L） 反应时间t/min 4 7
αt 8.93 6.02 7 / 10
αt－α∞ 13.47 10.56 lg(αt－α∞) 1.13 1.02 物理化学实验报告
10 13 16 以lg(αt－α∞)对t作图：
3.53 1.63 0.07 8.07 6.17 4.61 0.91 0.79 0.66 图3. lg(αt－α∞)-t关系图及拟合直线（盐酸浓度为 5.603 mol/L）
由图可得：
反应级数为一级反应（近似），即反应速率只与蔗糖浓度成正比 拟合直线斜率为m=-0.0390，δm=0.0002,相关系数r= -0.99931
-1
可得反应速率常数k= -0.0390*-2.303=0.0898min, δk=2.303*0.0002=0.0005 -1min
-1
结果表示为k=(0.0898±0.0005) min
2-2
反应半衰期t1/2=0.693/k=7.72min，δt1/2=0.693*k*δk=0.03 min, 结果表示为t1/2=（7.72±0.03）min
【思考与讨论】
1. 对实验结果和遇到的问题进行讨论：
（1）比较相同温度下不同浓度盐酸的反应速率常数k，可以看出酸度越大，k越大，说明催化剂H+浓度对蔗糖水解反应的速率影响较大。
（2）使用旋光仪时以三分视野消失且较暗的位置读数，不能以三分视野消失且较亮的位置读数，因为人的视觉在暗视野下对明暗均匀与否比较敏感，调节亮度相等的位置更为准确。若采用视场明亮的三分视野，则不易辨明三个视场的消失。
（3）在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，只能把盐酸加到蔗糖溶液里去，如果将蔗糖加入盐酸中，蔗糖的起始浓度就是一个变化的值，而且先加入的蔗糖会先水解，影响起始浓度和反应速率。
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（4）测定最终旋光度时,为了加快蔗糖水解进程,采用55℃左右的恒温使反应进行到底,不能采用更高的温度进行恒温 ，若果温度过高将会产生副反应,颜色变黄。且盐酸会挥发造成结果不准确。
（5）由图2、图3可以看出，在测定操作的后期或中后期，会出现所测的αt值明显下跳，在实验数据的处理中，计算所得的lg(αt－α∞)也相应地出明显下跳，分析原因可能为：虽然在测定αt的几十分钟内室温和反应液温度可保持不变。但钠光灯产生的热量沿旋光仪机身以导热方式逐渐向样品管方向传递，经过一定时间后，反应液温度开始上升，蔗糖转化反应速率显著加快，测得的αt值下跳。
2. 结论：
本实验根据物质的光学性质研究蔗糖转化反应，通过测定反应体系的旋光度变化，采用作图和线性拟合的方法，测得反应为一级反应（近似）及不同催化条件下的反应速率常数k
-1
和半衰期t1/2。处理数据结果为：盐酸浓度为4.082mol/L时，k=(0.037±0.004) min，t1/2=
-1
（19±1）min；盐酸浓度为 5.603 mol/L时，k=(0.0898±0.0005) min，t1/2=（7.72±0.03）min。
3.思考题：
(1)利用旋光仪测量蔗糖转化时，旋光仪读数时应该注意些什么？ 答：要读取左右两个数据以消除螺距差；测量时先将三分视场调节到全暗（即找到平衡点），立刻记下时间后再读取旋光角（都要迅速）。
(2)蔗糖转化时对蔗糖浓度要求高吗？对盐酸浓度要求高吗？为什么？对反应温度要求高吗？为什么？
答：对蔗糖浓度要求不高，对盐酸浓度要求高，对反应温度要求不太高。因为水大量存在的条件下蔗糖水解近似为一级反应，利用实验数据求k时不需要知道蔗糖的初始浓度，反应物起始浓度不影响反应速度常数。但盐酸浓度过高时（大于4mol/L）水的浓度不能远远大于蔗糖的浓度，不能再看作常数，因此反应不再是一级反应。且酸浓度过高可能改变反应的活化能，或由于酸加速了反应产物发生逆反应及转化等，所以要求酸浓度不可过高。据阿仑尼乌斯公式，反应温度升高，k增大，反应会变快，为了多读几组数据且防止副反应，温度在60℃以下即可。
(3)你对蔗糖转化反应的实验设计有什么意见和建议？
答：由于温度变化对数据结果影响较大，最好在旋光仪上配置恒温装置，或在反应开始前测定一次温度，在反应结束后测定一次温度，记录反应过程中体系温度的大致变化，再进行二次曲线拟合，可以得到准确结果。
为避免因钠光灯产生的热量使反应液温度上升，引起αt值出现偏差，可试验每3分或4分钟测量一次(而不按实验教材中“在反应开始15min内，每分钟测量1次)，或使用自动指示旋光仪。
【参考文献】
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