一、實驗目的1.了解蔗糖水解反應體系中各物質濃度與旋光度之間的關系。2.測定蔗糖水解反應的速率常數(shù)和半衰期。3.了解旋光儀的基本原理，掌握其正確的操作技術。二、實驗原理反應速率只與某反應物濃度的一次方成正比的反應稱為一級反應，速率方程可由下式表示：—式中c為時間t時的反應物濃度，k為反應速率常數(shù)。積分可得：lnc=－kt+lnc0c0為反應開始時反應物濃度。當c=c0/2時，對應t可用t1/2表示，稱為反應的半衰期，即反應物濃度反應掉一半所用時間，得一級反應的半衰期為：t1/2=蔗糖在水中轉化成葡萄糖與果糖，其反應為：C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6(蔗糖)(葡萄糖)(果糖)它屬于二級反應，在純水中此反應的速率極慢，通常需要在H+離子催化作用下進行。由于反應時水大量存在，盡管有部分水分子參與反應，仍可近似地認為整個反應過程中水的濃度是恒定的，而且H+是催化劑,其濃度也保持不變。因此蔗糖轉化反應可看作為一級反應。蔗糖及其轉化產(chǎn)物，都具有旋光性，而且它們的旋光能力不同，故可以利用體系在反應進程中旋光度的變化來度量反應進程。測量物質旋光度所用的儀器稱為旋光儀。溶液的旋光度與溶液中所含旋光物質的旋光能力，溶劑性質，溶液濃度，樣品管長度及溫度等均有關系。當其它條件均固定時，旋光度α與反應物濃度c呈線性關系，即α=Kc式中比例常數(shù)K與物質旋光能力，溶劑性質，樣品管長度，溫度等有關。物質的旋光能力用比旋光度來度量，比旋光度用下式表示：式中“20”表示實驗時溫度為20℃，D是指用納燈光源D線的波長（即589毫微米），α為測得的旋光度，l為樣品管長度（dm），cA作為反應物的蔗糖是右旋性物質，其比旋光度=66.6°；生成物中葡萄糖也是右旋性物質，其比旋光度=52.5°，但果糖是左旋性物質，其比旋光度=－91.9°。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈左旋性質。因此隨著反應的進行，體系的右旋角不斷減小，反應至某一瞬間，體系的旋光度可恰好等于零，而后就變成左旋，直至蔗糖完全轉化，這時左旋角達到最大值α∞。設最初系統(tǒng)的旋光度為α0=K反cA,0（t=0，蔗糖尚未水解） （1）最終系統(tǒng)的旋光度為α∞=K生cA,0（t=∞，蔗糖已完全水解） （2）當時間為t時，蔗糖濃度為cA，此時旋光度為αtαt=K反cA+K生(cA,0－cA) (3）聯(lián)立（1）、（2）、(3)式可得：cA,0==K′（α0－α∞）(4)cA==K′（αt－α∞） (5)將（4）、（5）兩式代入速率方程即得：ln(αt－α∞)=－kt+ln（α0－α∞）我們以ln(αt－α∞)對t作圖可得一直線，從直線的斜率可求得反應速率常數(shù)k，進一步也可求算出t1/2。三、實驗儀器、試劑儀器：旋光儀，停表，恒溫水浴一套，移液管（50mL），磨口錐形瓶（100mL），燒杯（100mL），臺秤，洗耳球:試劑：蔗糖（AR），鹽酸（3mol/L，AR）結果與討論本實驗是測定蔗糖水解反應速率常數(shù)，實驗過程中應該注意：裝樣品時，旋光管管蓋旋至不漏液體即可，不要用力過猛，以免壓碎玻璃片。在測定α∞時，通過加熱使反應速度加快轉化完全。但加熱溫度不要超過60℃大約60min后基本分解完全。由于酸對儀器有腐蝕，操作時應特別注意，避免酸液滴漏到儀器上，實驗結束后必須將旋光管洗凈。七、思考題1.為什么可用蒸餾水來校正旋光儀的零點？答：主要是因為蒸餾水沒有旋光性，其旋光度為零，其次是因為它無色透明，方便可得，化學性質較為穩(wěn)定。2.在旋光度的測量中為什么要對零點進行校正？它對旋光度的精確測量有什么影響？在本實驗中若不進行校正對結果是否有影響？答：旋光儀由于長時間使用，精度和靈敏度變差，故需要對零點進行校正。若不校正會使測量值的精確度變差，甚至產(chǎn)生較大的誤差。本實驗數(shù)據(jù)處理時，用旋光度的差值進行作圖和計算，儀器精度誤差可以抵消不計，故若不進行零點較正，對結果影響不大。3.為什么配置蔗糖溶液可用上皿天平稱量？答：蔗糖水解為一級反應，反應物起始濃度不影響反應速度常數(shù)，又因為蔗糖濃度大用量較多，量值的有效數(shù)字位數(shù)較多，故不需要精確稱量，只要用上皿天平稱量就可以了。4．蔗糖溶液為什么可粗略配制？答：蔗糖水解為一級反應，反應物起始濃度不影響反應速度常數(shù)，又因為蔗糖濃度大用量較多，量值的有效數(shù)字位數(shù)較多，故不需要精確稱量，只要用上皿天平稱量就可以了。5．蔗糖的轉化速度和哪些因素有關？答：與溫度有關和濃度.(溫