物理化学实验报告：旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数实验报告

由天下分享时间：2025/3/9 11:46:18 加入收藏我要投稿点赞

旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

一、目的要求

1、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法；

2、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系；

3、测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。

二、基本原理

蔗糖在水中水解成葡萄糖的反应为：

C12H22O11（蔗糖）+H2O

C6H12O6（葡萄糖）+C6H12O6（果糖）

这是一个二级反应，但在H+浓度和水量保持不变时，反应可视为一级反应，速率方程式可表示为：

式中C为时间t时的反应物浓度，k为反应速率常数。上式积分可得：

C0为反应开始时反应物浓度。

当C=0.5C0时,可用t1/2表示,既为反应半衰期:

t1/2=ln2/k = 0.693/k

从

可看出，在不同时间测定反应物的相应浓度，并以ln对t作图，可得一直线，由直线斜率既可得反应速率常数k。然而反应是在不断进行的，要快速分析出反应物的浓度的困难的。但蔗糖及其转化物，都具有旋光性，而且它们的旋光能力不同，故可以利用体系在反应进程中旋光度的变化来度量反应的进程。

测量物质旋光度的仪器称为旋光仪。溶液的旋光度与溶液中所含物质的旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度及温度等均有关系。当其它条件固定时，旋光度α与反应物浓度C呈线形关系，即α = βC。

式中比例常数β与物质旋光能力、溶液性质、溶液浓度、样品管长度、温度等有关。

物质的旋光能力用比旋光度来度量,比旋光度用下式表示:

[α]D20 =α×100 / l×CA (16—5)

式中[α]D20右上角的“20”表示实验时温度为20℃，D是指用钠灯光源D线的波长(即589nm)，α为测得的旋光度( o)，l为样品管长度(dm)，CA为浓度( g/100mL )。

作为反应物的蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α]D20 = 66.6o；生成物中葡萄糖也是右旋性物质，其比旋光度[α]D20 = 52.5o，但果糖是左旋性物质，其比旋光度[α]D20 = -91.9o。由于生成物中果糖的左旋性比葡萄糖右旋性大，所以生成物呈现左旋性质。因此随着反应进行，体系的右旋角不断减小，反应至某一瞬间，体系的旋光度可恰好等于零，而后就变成左旋，直至蔗糖完全转化，这时左旋角达到最大值α∞。

设体系最初的旋光度为 α0=β反C0 ( t=0，蔗糖尚未转化 )

体系最终的旋光度为 α∞=β生C0 ( t=∞，蔗糖已完全转化 )

以上两式中β反和β生分别为反应物与生成物的比例常数。

当时间为t时,蔗糖浓度为C，此时旋光度为αt，即

αt=β反C + β生(C0 – C)

由以上三式联立可解得：

C0=(α0-α∞)/(β反-β生) = β′(α0-α∞)

C=(αt-α∞)/( β反-β生) = β′(αt-α∞)

将以上两式代入

即得：

ln(αt-α∞)=-kt+ln(α0-α∞)

显然,以ln(α0-α∞)对t作图可得一直线，从直线斜率既可求得反应速率常数k。