碘鍾實驗

碘鍾實驗

碘鍾實驗反應速率的測定是用所謂的“時鐘”反應。這是利用一個快速反應(或一系列快速反應組合),以特定現象(通常用帶有特定顏色的物質作指示劑)來顯示某一特別量之反應物(在此為 S2O3)已消耗完畢。此類反應與生命鐘相似,故稱為“碘鍾實驗”。一般的化學反應,反應物和生成物的濃度單調地發生變化,最終達到不隨時間變化的平衡狀態。然而在某些反應體系中,有些組分的濃度會忽高忽低,呈現周期性變化,這種現象稱為化學振盪。

實驗儀器

玻璃棒、燒杯、量筒。

實驗藥品

29%過氧化氫溶液、丙二酸、硫酸錳、可溶性澱粉、碘酸鉀、1mol/L硫酸 。

實驗步驟

1.配置甲溶液:量取97mL29%的過氧化氫溶液,轉移入250mL容量瓶里,用蒸餾水稀釋到刻度,得3.6mol/L過氧化氫溶液。

2.配置乙溶液:分別稱取3.9g丙二酸和0.76g硫酸錳,分別溶於適量水中。另稱取0.075g可溶性澱粉,溶於50mL左右沸水中。把三者轉移入250mL容量瓶里,稀釋到刻度,得到含0.15mol/L丙二酸、0.02mol/L硫酸錳、和0.03%澱粉的混合溶液。

3.配置丙溶液:稱取10.75g碘酸鉀溶於適量熱水中,再加入20mL1mol/L硫酸溶液酸化。轉移入250mL容量瓶里,稀釋到刻度,得到0.2mol/L碘酸鉀和0.08mol/L硫酸的混合溶液。

4.將甲、乙、丙三組溶液以等體積混合在錐形瓶中,此混合溶液含過氧化氫1.2mol/L、丙二酸0.05mol/L、硫酸錳0.0067mol/L、碘酸鉀0.067mol/L、澱粉0.01%。

紫藍色 紫藍色

實驗現象

混合後,反應液由無色變為藍紫色,幾秒後褪為無色,接著又變成琥珀色便逐漸加深,藍紫色又反覆出現,幾秒後又消失,這樣周而復始地呈周期性變化。這種振盪反應,又叫“碘鍾反應”。振盪周期約為8秒,反覆振盪能持續10多分鐘 。

琥珀色 琥珀色

注意事項

1.碘鍾反應速率與溫度有關。

2.丙溶液會隨室溫降低,碘酸鉀以晶體析出,微熱又溶解。甲溶液不宜放置太久,否則過氧化氫分解失效而導致實驗失敗。

3.不可隨意更改藥品用量。

碘紫色 碘紫色

類似反應

過氧化氫型碘鍾

向硫酸酸化的過氧化氫溶液中加入碘化鉀、硫代硫酸鈉和澱粉的混合溶液。此時在體系中存在兩個主要反應,化學方程式為:

HO(aq)+3I (aq)+2H (aq)→I (aq)+2HO(l)

I (aq)+2SO (aq)→3I (aq)+SO (aq)

碘酸鹽型碘鍾

向用硫酸酸化的碘酸鹽中加入亞硫酸氫鈉(以及少量澱粉溶液),此時體系中出現如下反應:

IO (aq)+3HSO (aq)→I (aq)+3HSO (aq)

然後過量的碘酸根離子與碘離子發生歸中反應:

IO (aq)+5I (aq)+6H (aq)→3I+3HO(l)

接著亞硫酸氫鈉將生成的碘還原:

I(aq)+HSO (aq)+HO(l)→2I (aq)+HSO (aq)+2H (aq)

過硫酸鹽型碘鍾

通過過硫酸鉀、過硫酸鈉或過硫酸銨將碘離子氧化成碘單質。加入硫代硫酸鈉可以將碘單質還原回碘離子。化學方程式如下:

2I (aq)+SO (aq)→I(aq)+2SO (aq)

I(aq)+2SO (aq)→2I (aq)+SO (aq)

氯酸鹽型碘鍾

將盧戈氏碘液、氯酸鈉和高氯酸混合,化學方程式如下 :

I →I +I

ClO3 +I +2H →HIO+HClO

ClO +HIO+H →HIO+HClO

ClO +HIO→IO +HClO

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