碘鐘反應

碘鐘反應是一種化學振盪反應，其體現了化學動力學的原理。它於1886年被瑞士化學家Hans Heinrich Landolt發現。在碘鐘反應中，兩種（或三種）無色的液體被混合在一起，並在幾秒鐘後變成靛藍色。碘酸根被硫代硫酸鈉還原是一個很吸引人的反應，常常被用來作為說明反應速率的實驗典範。如事先同時加入少量硫代硫酸鈉標準溶液和澱粉指示劑，則產生的碘便很快被還原為碘離子，直到S₂O₃^2－消耗完，游離碘遇上澱粉即顯示藍色。從反應開始到藍色出現所經歷的時間，即可作為反應初速的計量。由於這一反應能自身顯示反應進程，故常稱為“碘鐘”反應。

基本介紹

• 中文名：碘鐘反應
• 外文名：Iodine clock reaction
• 發現者：Hans Heinrich Landolt
• 主要實驗試劑：過氧化氫溶液 澱粉 碘酸鹽 硫酸

簡介

碘鐘反應（Iodine clock reaction）是一種化學振盪反應，其體現了化學動力學的原理。它於1886年被瑞士化學家Hans Heinrich Landolt發現。在碘鐘反應中，兩種（或三種）無色的液體被混合在一起，並在幾秒鐘後變成靛藍色。碘鐘反應可以通過不同的途徑實現。下面介紹一個簡單的碘鐘實驗的途徑。

碘鐘反應

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

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。

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。

配置丙溶液：稱取10.75g碘酸鉀溶於適量熱水中，再加入40mL1mol/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。

將甲、乙、丙三組溶液以等體積混合在錐形瓶中，這混合溶液分別含過氧化氫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%。混合後，反應液由無色變為藍紫色，幾秒後褪為無色，接著又從琥珀色變逐漸加深，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“碘鐘反應”。振盪周期約為8秒，反覆振盪能持續幾分鐘。

注意事項

1.碘鐘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。

化學反應

過氧化氫型碘鐘

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：

H₂O₂(aq)+3I^-(aq)+2H⁺→ I₃^-+2H₂O

I₃^-(aq)+2S₂O₃^2-(aq) → 3I^-(aq)+S₄O₆^2-(aq)

碘酸鹽型碘鐘

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：

IO3⁻(aq) + 3HSO₃⁻ (aq) → I^- (aq) + 3HSO₄⁻⁽aq)

然後過量的碘酸根離子與碘離子發生歸中反應：

IO₃ ^-(aq) + 5I^- (aq) + 6H ⁺(aq) → 3I₂ + 3H₂O (l)

接著亞硫酸氫鈉將生成的碘還原：

I₂ (aq) + HSO₃ ^-(aq) + H₂O (l) → 2I^- (aq) + HSO₄^-(aq) + 2H ⁺(aq)

過硫酸鹽型碘鐘

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) + S₂O₈²⁻(aq) → I₂ (aq)+ 2SO4²⁻(aq)

I₂ (aq) + 2S₂O₃^2-(aq) → 2I^-(aq) + S₄O₆^2-(aq)

氯酸鹽型碘鐘

將盧戈氏碘液、氯酸鈉和高氯酸混合，化學方程式如下：

I₃^-→ I^- + I₂

ClO3⁻ + I ^-+ 2H ⁺→ HIO +HClO₂

ClO₃ ^-+ HIO + H⁺→ HIO₂ + HClO₂

ClO₃^-+ HIO₂ → IO₃^- + HClO₂

反應溫度對振盪的影響

固定反應物加入順序和用量，依次改變體系的溫度至30℃，35℃，40℃，45℃，測出振盪周期和誘導時間的變化。分別以誘導時間的對數和振盪周期的對數對溫度的倒數作圖，得到表觀誘導活化能和振盪活化能。