基础物理化学实验 旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数
Ⅰ 实验目的 1、测定蔗糖转化反应的速率常数和半衰期。 2、了解反应的反应物浓度与旋光度之间的关系。 3、了解旋光仪的基本原理，掌握旋光仪的正确使用方法。
Ⅱ 实验原理 1、蔗糖在水中转化成葡萄糖与果糖,其反应为： C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 ( 蔗糖 ) (葡萄糖) ( 果糖 ) 2、它是一个二级反应,在纯水中速率极慢。H+离子能催化此反应进行.在水大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应, 仍可近似地认为整个反应过程中水的浓度是恒定的.因此蔗糖转化反应可看作为准一级反应。 反应物：蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α]D20 =66.6o;生成物：葡萄糖是右旋性物质,其比旋光度[α]D20 =52.5o；果糖是左旋性物质, 其比旋光度[α]D20 =-91.9o.
由于旋光度与物质浓度成正比，所以有： 体系最初的旋光度为 α0=β反Co ( t=0,蔗糖尚未转化 ) （1） 体系最终的旋光度为 α∞=β生C ( t=∞,蔗糖已完全转化 ) （2） 其中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(Co – C) （3） 联立（1）、（2）、（3）得 C0=(αo-α∞)/( β反-β生) = β′(αo-α∞) （4） C=(αt-α∞)/( β反-β生) = β′(αt-α∞) （5） 根据一级反应的速率方程可得： ln(αt-α∞)=-k0t+Ln(αo-α∞) （6） 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k0
Ⅲ 实验步骤 1 具体步骤 1）仪器装置。了解旋光仪的构造，原理，掌握使用方法。 2）反应过程的旋光度的测定。 3）α∞的测量。反应完毕后，将旋光管内反应液与试管内剩余的反应混合液合并，置于50～60oC的水浴内温热40min，使其加速反应至完全。然后取出，冷至实验温度下测定旋光度，在10～15min内，读取5～7个数据，如在测量误差范围，取其平均值，既为α∞值。 4）同上法测量其它温度下不同反应时间对应的旋光度。
2注意事项 数显全自动旋光仪其电源用的是直流电源。掌握全自动旋光仪和手动旋光仪的使用方法。 3提问 1）旋光度与哪些因素有关？ 2）在蔗糖转化反应过程中所测的旋光度αt是否必须要进行零点校正？
Ⅳ 实验总结 1 数据处理 1） 将测得的旋光度αt对时间t列表、作出图。 2）将αt-t曲线上，等间隔取8个（αt-t）数组，并通过计算，以ln（αt-α∞）对t作图，由直线斜率求反应速率常数k并计算反应半衰期t1/2。 3）根据实验测得的k（T1）和k（T2），利用阿仑尼乌斯（Arrhenius）公式计算反应的平均活化能。
2 讨论 1）在混合蔗糖溶液和盐酸溶液时，我们将盐酸加到蔗糖溶液，而不能将蔗糖溶液加到盐酸溶液中去。 2）配置蔗糖溶液时称量不够准确，对测量结果没有影响。
Ⅴ 实验延伸 1、研究型 利用该方法可以测定许多有机化合物的旋光性。 2、参考书 .复旦大学编.物理化学实验（第三版）.北京：高等教育出版社，2004