根据化学反应原理,在各种指示剂的作用下,使溶液的颜色发生变化是比较容易做到的,然而在同一容器中,利用化学反应的时钟效应,使反应物时而显色,时而又变得无色透明,这样周期性地变色倒很难。
活动原理
利用氧化还原的基本原理,使碘酸钾在酸性条件和有双氧水存在的情况下反应生成的碘与淀粉结合生成蓝色,又因碘在双氧水和丙二酸的存在下会溶解,导致平衡破坏,溶液变成棕色,后又变成无色。
活动用品
双氧水、硫酸、碘酸钾、丙二酸、硫酸锰、淀粉、蒸馏水。
托盘天平、烧杯、量筒、容量瓶、药匙、玻璃棒等。
活动步骤
1. 11ml30%双氧水稀释至250ml,备用(甲液)
2. 将10.7g碘酸钾溶解在200ml热蒸馏水中。冷却后,国入10ml5%硫酸溶液,再稀释至250ml(乙液)。
3. 分别称取3.9g丙二酸和1gMnSO4·H2O,放入500ml烧杯,加入240ml蒸馏水使之溶解,备用(为丙液)。
4. 称取1g淀粉,将其倒入小烧杯,加入少量水使之呈糊状,在小火上加热糊化,并取煮沸了的蒸馏水100ml将糊化了的淀粉冲成溶液。
5. 用滴管吸取此淀粉溶液滴入上述丙液至250ml。
6. 用量筒分别量取等体积的上述甲、乙、丙液使之混匀,观察1~2分钟,溶液就会开始“自动变色”,它将呈现“无色→蓝色→棕色”的反复循环变化,我们称之为“自动变色”。
活动中的有关问题
1. 实验一般在25℃左右进行较好。
2. 实验所用的药品的纯度都要求“化学纯”以上,器皿要洗干净,其中双氧水浓度更是实验成败的关键。一般可以多加一些双氧水。
3. 实验中用到5%的硫酸,配制和使用时要注意安全。
4. 实验中有关药品可用托盘天平称,但尽可能准确。
5. 实验中将用到容量瓶,如无容量瓶也可用矿泉水瓶代替,自行刻画上刻度。
6. 有关反应原理及方程式:
2KIO3+5H2O+H2SO4=I2+K2SO4+6H2O+5O2↑ (1)
I2+5H2O2+K2SO4=2KIO3+4H2O+H2SO4 (2)
I2+CH2(COOH)2=CHI(COOH)2+I-+H+ (3)
I-+I2=I-3 (4)
当KIO3和H2SO4反应产生的HIO3浓度大时,反应主要按(1)式进行,所生成的I2与淀粉作用产生了蓝色;当I2的浓度大时,反应主要按(2)式进行,消耗了I2,蓝色褪去。如此反复,直至H2O2浓度减小到不能再发生的反应为止。至于丙二酸,它的存在可以引起反应(3)和反应(4)的发生,增大了I2的溶解度,起到了以I-3形式“贮存”I2作用。这样,不但延长了颜色循环变化的“时间周期”,便于观察,而且也增加了颜色循环变化的次数。