實驗名稱：蔗糖的轉化
實驗日期：2023年3月29日
姓名：王一航
編號：14—1
學號：00927003
室溫：23.1 ℃
大氣壓：101.99kpa
【摘要】蔗糖轉化是一級反應，若催化劑h+濃度固定，水大量存在，則其反應速率只與蔗糖濃度成正比。本實驗利用反應物蔗糖(右旋性)及生成物果糖(左旋性)的旋光度不同，旋光度與物質濃度的正比關係，通過測定反應不同時間的旋光度，擬合lg(αt－α∞)與t關係曲線，即可測定蔗糖轉化的反應級數、求得反應速率常數k，並由k值計算反應的半衰期t1/2
【引言】
一、 實驗目的：
1． 根據物質的光學性質研究蔗糖轉化反應，測定其反應級數、速度常數和半衰期
2． 了解旋光儀的基本原理，並掌握其正確的操作技術
二、 實驗原理：
1. 一級反應：
反應速率只與某反應物濃度成正比：—，ln(c0/ct)=kt
k:反應速率常數；ct：反應物在時間t時濃度。
設反應物起始濃度為a，t時間內已經起反應的反應物濃度為x，則在t時反應速率為：
-d(a-x)/dt=k(a-x)，積分可得t=1/k*ln(a/a-x)
半衰期(x=a/2時所需時間)： t1/2=1/k*ln(a/a-1/2a)=0.693/k
2. 蔗糖反應：
反應式：c12h22o11 + h2oc6h12o6 + c6h12o6
(蔗糖葡萄糖) (果糖)
在催化劑h+濃度固定、水大量存在下，可認為反應速率只與蔗糖濃度成正比，即為一級反應。
3. 反應的旋光性：
蔗糖為右旋性，比旋光度=66.6°，生成物葡萄糖為右旋性， =52.5°，果糖為左旋性， =-91.
9°.因為旋光度與反應物濃度成正比=kc,（ k與物質旋光度、溶劑性質、溶液厚度、溫度有關），可用體系反應過程中旋光度變化測量反應程序。
蔗糖水解時，右旋角不斷變小，反應終了時，體系變成左旋。
設最初旋光度為0，最後旋光度為，則有
0=k反c0（蔗糖未轉化，t=0）; =k生c0（蔗糖全轉化，t=∞）
k反、k生為反應物與生成物比例常數；c0為反應物初始濃度，也即生成物最後濃度。時間t時，蔗糖濃度為c，旋光度為，則
t=k反+k生（c0-c）
可得c0==k′（α0－α∞），c0== k′（αt
帶入t=（1/k）*ln(a/a-x)，可得t=(1/k)*ln（（α0－α∞）/(αt－α∞)）
或lg(αt－α∞)=－kt/2.303+lg（α0－α∞）
以lg(αt－α∞)對t作圖，由斜率可求得反應速率常數k
三、 實驗方法：
用旋光儀測定反應體系的旋光度，原理如下：
光路：起偏鏡——石英條——旋光管——檢偏鏡——刻度盤——望遠鏡——人眼
從鈉燈光源發出的光線通過（聚光鏡、濾色鏡、經檢偏鏡）起偏鏡成為平面偏振光，在半波片處產生三分視場。如圖所示：
大於或小於零視場零視場大於或小於零視場
當視場中三部分暗度一致時（如零視場圖），對應儀器零點，有時儀器存在系統誤差，需要進行零點校正。當放入待測溶液的試管後，由於溶液的旋光性，使平面偏振光旋轉了乙個角度，零度視場發生了變化，三分視場的明暗不再一致。此時轉動檢偏鏡一定角度，能再次出現暗度一致的視場。
檢偏鏡由第一次黑暗到第二次黑暗的角度差即為被測物質的旋光度。
【實驗部分】
一、 儀器藥品：
1、儀器：wxg-4圓盤旋光儀、秒錶、超級恆溫槽、移液管（25ml）、磨口錐形瓶（100ml）、量筒（100ml）、台秤、洗耳球、水浴裝置
2、藥品：蔗糖（ar）、鹽酸（4.082mol/l，5.603 mol/l）
二、 實驗步驟：
1. 找旋光儀零點：
蒸餾水為非旋光性物質，可用來校正儀器的零點（即α=0時，儀器對應的刻度）。洗淨恆溫旋光管，由加液口加入去離子水至滿，此時管內不應有空氣泡存在，用濾紙擦管外壁，再用擦鏡紙將旋光管兩端擦乾淨。放入旋光儀，開啟電源，預熱5-10min，鈉燈發光正常。
調目鏡聚焦，使視野清晰；調檢偏鏡至三分視野暗度相等為止，記錄檢偏鏡旋轉角α，重複取平均值，即為儀器零點。
將超越恆溫槽調至25℃。
2. 配製蔗糖溶液：
粗天平稱取15g蔗糖溶於75ml蒸餾水，若渾濁應過濾一次。
3. 測定體系的旋光度：
移液管取25ml蔗糖溶液於100ml乾燥錐形瓶，另乙隻移液管取25ml鹽酸於同一錐形瓶，當酸放出一半時按下秒錶開始計時（注意：秒錶一經啟動，勿停直至實驗完畢）。鹽酸全倒入後迅速搖勻混合液，迅速用少量混合液洗滌旋光管三次，再裝滿，擦淨後盡快放入旋光儀，測定規定時間的旋光度。
測量時先將三分視場調節到全暗（即找到平衡點），立刻記下時間後再讀取旋光角（都要迅速）。在開始15 min內，最好每分鐘記錄一次讀數，以後間隔可加長，直至旋光角由右旋變為左旋為止。
5．α∞的測定：
測定旋光角由右旋變為左旋後，可將剩餘的反應混合物放入55℃恆溫槽中加熱40min，使反應充分後，再冷卻至室溫，測定體系的旋光度，連續讀數三次平均值。
由於反應液的酸度很大，因此樣品管一定要擦乾淨後才能放入旋光儀內，以免酸液腐蝕旋光儀，實驗結束後必須洗淨樣品管。
【實驗資料記錄及處理】
1． 蔗糖濃度：
稱量質量為15.28g
c=(15.28g/
2. 找旋光儀零點：
表1. 旋光儀零點
3. 不同鹽酸濃度下反應體系的旋光度資料記錄及處理：
表2 .鹽酸濃度為4.082mol/l時時間與旋光度關係**
表3.鹽酸濃度為 5.603 mol/l時時間與旋光度關係**
表4. 鹽酸濃度為4.082mol/l時α∞的測定
4.作圖及計算：
（1）作αt-t關係圖（用origin軟體）：
圖1. αt-t關係圖
（2）對鹽酸濃度為4.082mol/l,從αt-t關係曲線上讀出等間隔時間t（每隔5min）時的旋光角αt，並計算出(αt－α∞)和lg(αt－α∞)的數值：
用origin軟體的screen reader功能讀取曲線上選定點的資料（因為不會輸入x資料求曲線上對應y的資料，只會用screen reader，所以可能不太準，誤差在αt最後一位）列表如下
表5. 等間隔時間t（每隔5min）及旋光角αt資料**（鹽酸濃度為4.082mol/l）
以lg(αt－α∞)對t作圖：
圖2. lg(αt－α∞)-t關係圖及擬合直線（鹽酸濃度為4.082mol/l）
由圖可得：
反應級數為一級反應（近似），即反應速率只與蔗糖濃度成正比
擬合直線斜率為m=-0.01614, δm=0.0016, 相關係數r=-0.99762
可得反應速率常數k=-0.01614*-2.303=0.03717min-1,δk=2.303*0.0016=0.004 min-1
結果表示為k=(0.037±0.004) min-1
反應半衰期t1/2=0.693/k=18.6min，δt1/2=0.6932*k-2*δk=1.4min,
結果表示為t1/2=（19±1）min
（3）對鹽酸濃度為 5.603 mol/l，同理列表如下：
表6. 等間隔時間t（每隔3min）及旋光角αt資料**（鹽酸濃度為 5.603 mol/l）
以lg(αt－α∞)對t作圖：
圖3. lg(αt－α∞)-t關係圖及擬合直線（鹽酸濃度為 5.603 mol/l）
由圖可得：
反應級數為一級反應（近似），即反應速率只與蔗糖濃度成正比
擬合直線斜率為m=-0.0390，δm=0.0002,相關係數r= -0.99931
可得反應速率常數k= -0.0390*-2.303=0.0898min-1, δk=2.303*0.0002=0.0005 min-1
結果表示為k=(0.0898±0.0005) min-1
反應半衰期t1/2=0.693/k=7.72min，δt1/2=0.6932*k-2*δk=0.03 min,
結果表示為t1/2=（7.72±0.03）min
【思考與討論】
1. 對實驗結果和遇到的問題進行討論：
（1）比較相同溫度下不同濃度鹽酸的反應速率常數k，可以看出酸度越大，k越大，說明催化劑h+濃度對蔗糖水解反應的速率影響較大。
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