碘鐘實驗

碘鐘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 S₂O₃^2-）已消耗完畢。此類反應與生命鐘相似，故稱為“碘鐘實驗”。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。

基本介紹

• 中文名：碘鐘實驗
• 外文名：Iodine clock experiment
• 實驗藥品：29%過氧化氫溶液、丙二酸等
• 學科：化學

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

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“碘鐘反應”。振盪周期約為8秒，反覆振盪能持續10多分鐘。

琥珀色

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。

碘紫色

類似反應

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⁺(aq)→I₃^-(aq)+2H₂O(l)

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：

IO^3-(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)+S₂O₈^2-(aq)→I₂(aq)+2SO₄^2-(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