文档介绍：实验二十  蔗糖的转化
【目的要求】
1. 测定不同温度时蔗糖转化反应的速率常数和半衰期,并求算蔗糖转化反应的活化能。
2. 了解旋光仪的构造、工作原理,掌握旋光仪的使用方法。
【实验原理】
蔗糖转化反应为: C12H22O11 + H2O → C6H12O6   + C6H12O6
蔗糖            葡萄糖     果糖
为使水解反应加速,常以酸为催化剂,故反应在酸性介质中进行。由于反应中水是大量存在的,尽管有部分水分子参加了反应,但仍可近似地认为整个反应中水的浓度是恒定的。而H+是催化剂,其浓度也保持不变。因此,蔗糖转化反应可视为一级反应。其动力学方程为
                                  (1)
式中,k为反应速率常数;C为时间t时的反应物浓度。
将(1)式积分得:                                             (2)
式中,C0为反应物的初始浓度。
当C=1/2C0时,t可用t1/2表示,即为反应的半衰期。由(2)式可得:
                                          (3)
蔗糖及水解产物均为旋光性物质。但它们的旋光能力不同,故可以利用体系在反应过程中旋光度的变化来衡量反应的进程。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的种类、浓度、溶剂的性质、液层厚度、光源波长及温度等因素有关。
为了比较各种物质的旋光能力,引入比旋光度的概念。比旋光度可用下式表示:
[α] tD                                  (4)
式中,t为实验温度(℃);D为光源波长;α为旋光度;l为液层厚度(m);C为浓度(kg·m-3)。
由(4)式可知,当其它条件不变时,旋光度α与浓度C成正比。即:
α=KC                                (5)
式中的K是一个与物质旋光能力、液层厚度、溶剂性质、光源波长、温度等因素有关的常数。
在蔗糖的水解反应中,反应物蔗糖是右旋性物质,其比旋光度[α] 20D =°。产物中葡萄糖也是右旋性物质,其比旋光度[α] 20D =°;而产物中的果糖则是左旋性物质,其比旋光度[α] 20D =—°。因此,随着水解反应的进行,右旋角不断减小,最后经过零点变成左旋。旋光度与浓度成正比,并且溶液的旋光度为各组成的旋光度之和。若反应时间为0,t,∞时溶液的旋光度分别用α0,αt,α∞表示。则:
α0=K反C0 (表示蔗糖未转化)                        (6)
α∞=K生C0 (表示蔗糖已完全转化)                    (7)
式(6)、(7)中的K反和K生分别为对应反应物与产物之比例常数。
αt =K反C +K生(C0-C)                            (8)
由(6)、(7)、(8)三式联立可以解得:
                   (9)
                    (10)
将(9)、(10)两式代入(2)式即得:
                   (11)
由(11)式可见,以ln(α