【实验十一蔗糖水解反应速率常数的测定实验报告】一、实验目的

1. 掌握蔗糖水解反应的基本原理及反应动力学特性。

2. 学习利用旋光仪测定旋光度的方法，并通过旋光度的变化计算反应速率常数。

3. 理解一级反应的特点，验证反应速率与浓度之间的关系。

二、实验原理

蔗糖（C₁₂H₂₂O₁₁）在酸性条件下可以发生水解反应，生成葡萄糖和果糖，其化学方程式如下：

$$ \text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11} + \text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{H}^+} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 $$

该反应属于一级反应，即反应速率仅与蔗糖的浓度有关。由于反应过程中溶液的旋光性质发生变化，因此可以通过测量旋光度的变化来跟踪反应进程。

旋光度（α）与溶液中物质的浓度成正比。随着反应的进行，蔗糖逐渐被水解为葡萄糖和果糖，而葡萄糖和果糖的旋光性质不同，导致体系的总旋光度不断变化。实验中可通过测量不同时间点的旋光度，结合初始旋光度和无限时间后的旋光度，计算出反应速率常数 $ k $。

三、实验仪器与试剂

1. 旋光仪

2. 恒温水浴装置

3. 移液管、容量瓶、烧杯等玻璃器皿

4. 蔗糖、盐酸（0.1 mol/L）、蒸馏水

四、实验步骤

1. 配制一定浓度的蔗糖溶液（如0.1 mol/L），并加入适量稀盐酸作为催化剂。

2. 将混合液置于恒温水浴中，保持温度恒定（如25℃）。

3. 在反应开始前，记录初始旋光度 $ \alpha_0 $。

4. 每隔一定时间（如5分钟），取出少量反应液，迅速用蒸馏水稀释以终止反应，然后测量旋光度 $ \alpha_t $。

5. 反应完成后，记录最终旋光度 $ \alpha_\infty $。

6. 根据数据绘制旋光度随时间变化的曲线，并利用公式计算反应速率常数。

五、数据处理与结果分析

根据实验测得的数据，可使用以下公式计算反应速率常数 $ k $：

$$ \ln\left( \frac{\alpha_0 - \alpha_\infty}{\alpha_t - \alpha_\infty} \right) = kt $$

将实验所得的 $ \ln\left( \frac{\alpha_0 - \alpha_\infty}{\alpha_t - \alpha_\infty} \right) $ 与时间 $ t $ 作图，得到一条直线，其斜率即为速率常数 $ k $。

六、实验结论

通过本实验，成功测定了蔗糖水解反应的速率常数，验证了该反应为一级反应。实验数据表明，旋光度的变化与反应时间呈指数关系，符合一级反应的动力学规律。实验过程中需注意控制温度稳定，避免外界因素对旋光度测量造成干扰。

七、注意事项

1. 实验过程中应保持温度恒定，以确保反应速率不受温度波动影响。

2. 测量旋光度时，应避免光线直射，防止读数误差。

3. 每次取样后应及时稀释，以防止反应继续进行。

4. 实验结束后应清洗仪器，保持实验室整洁。

八、思考与讨论

1. 为什么选择旋光法来测定反应速率？

答：因为蔗糖及其水解产物具有不同的旋光能力，旋光度的变化能够直观反映反应进程，且测量方法简便、准确。

2. 如果实验中没有加入盐酸，会发生什么情况？

答：盐酸作为催化剂，能加快水解反应的速度。若不加，则反应速度会显著减慢，甚至无法在短时间内完成。

3. 如何提高实验的准确性？

答：可以通过多次重复实验，取平均值；同时严格控制温度、精确测量旋光度，并合理选择取样间隔时间。

九、参考文献

[1] 普通化学实验指导书，高等教育出版社，2018年。

[2] 基础物理化学实验，化学工业出版社，2020年。

[3] 蔗糖水解动力学研究，化学通报，2019年第7期。