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实验十 蔗糖水解速率常数的测定 摘要 利用物质的旋光性测定蔗糖水解反应的速率常数的有意义的定量研究最早见于1850年，L.Wilhelmy所研究的具体反应就是蔗糖在酸性水溶液中的转化[1]。 反应速度可表示为，lnc= (kc+lnc或c=c0e(kt 后人经深入的研究表明，蔗糖水解反应并非那样简单，而是复杂得多[2][3]。对转化过程而言，最多称它为准（或假）一级反应。除非溶液很稀，利用一级反应速度方程而得到的k值并非常数，随着水解的进程呈稳步增加。但也非r=k[糖][水]的二级反应。 水解的速度可被表达为。水量的减少和氢离子活度的增大，就成为一级反应速度常数稳步增加的原因。作为基础反应，我们仍将其视为一级反应处理，这并不引入多大的误差，当蔗糖浓度不大时结果仍将令人满意。 关键词：蔗糖水解 一级反应 速率常数 旋光性 装置 主要是超级恒温槽和旋光仪，盐酸的浓度可选1M、 2M、4M。酸的浓度直接影响反应速度。蔗糖浓度20%。 3．预习提问 （1）旋光仪测定旋光度的原理，目镜为什么要有三分视野？什么叫偏振光？ （2）一级反应有何特点？ （3）为什么测定溶液的旋光能求得蔗糖转化反应的速率常数？ 4．操作 5．数据处理 结果要求：① 蔗糖比旋度，用100mm旋光管测定，数据可控制在66.0(1.0 ②用公式计算实验数据，并与手册中查得的蔗糖旋光度 （适用范围287~303K）进行比较。 ③将时间t、旋光度（(t(((）、lg（(t(((）列表。 ④ lg（(t(((）~ t作图，由直线斜率求出两温度下的k(T1)和k(T2) ，各自的反应半衰期，由图外推求t=0时的两个(0。 ⑤ 由k(T1)和k(T2)利用Arrhenius公式求其平均活化能。 HCl浓度对蔗糖水解速度常数的影响（蔗糖溶液浓度均为10%） HCl/mol(L(1 k(298K)/10(3min k(308K)/10(3min k(318K)/10(3min 0.0502 0.4169 1.738 6.213 0.2512 2.255 9.355 35.86 0.4137 4.043 17.00 60.62 0.9000 11.16 46.76 148.8 1.214 17.455 6. 点评 实验关键 ①能正确而较快地测读旋光仪的读数，初操作仪器者通过测蔗糖比旋光度而得到练习。 ②温度对实验数据的影响大，要注意整个实验时间内的恒温，如无样品管恒温夹套，则旋光管离开恒温水浴时间应短。根据实验数据，当[H+]=1M（HCl），蔗糖10% k303.7K=3.35(10(2min(1 k313.2K=7.92(10(2min(1 由以上数据求得在303.7~313.2K温度范围内平均活化能Ea(71kJ(mol(1。 可见，本实验的实验温度范围最好控制在288~303K内进行，温度过高反应速度太快读数将发生困难。 ③ HCl浓度也要配制正确，[H+]对反应速度常数有影响，若酸浓度不准，尽管数据线性关系再好，k值偏离文献数据。 ④ HCl 与蔗糖都要预恒温至实验温度，否则将影响初始几点的实验真实温度。 蔗糖的水解在酸性介质中进行，H+为催化剂，在[H+]浓度较低时，水解速度常数 k([H+]但在[H+]增加时，k与[H+]不成比例，且用HCl和用HNO3或HClO4对反应速度常数的影响也不一样（特别是酸浓度高时）。进一步实验指出若[H+]较大，反应速度常数k正比于h0，而h0可予如下定义： 其中aH+是氢离子活度，(S和(SH+为H+、SH+的活度系数，利用[H+]对k的影响，可以研究蔗糖水解的机理，长期以来有二种假设： 按照反应①属一级反应，从理论上可以推出反应速度常数k应与h0成正比。 按照反应②属假单分子（二级）反应，从理论上可以推出反应速度常数k应与[H+]成正比。从而实践证明第一种机理是正确的，因而蔗糖水解判为一级反应。反应是一复杂反应。显然其计量方程式并不表示此反应的机理，反应也非双分子反应。 （3）本实验的误差可作如下估计： 根据 显然，在不同时刻t所得(t代入上式中计算k的误差是不同的。采用微分方程 推导速率常数的相对误差的结果是 ①应增加旋光管长度 假设在200mm旋光管中有下列一点的数据t=25min，(0=13.2，(t=5.20，((= (4.10 dt=0.5min，d(0=d(t=d((= 0.05 代入上式求得 若此点改在100mm旋光管中测，得到t=25min，(0=6.6，(t=2.60，((= (2.05