碘鐘反應(yīng)是什么

◆徐 海 公 明

在化學(xué)王國(guó)里，有這樣一種美麗而又神奇的化學(xué)反應(yīng)，它就像精準(zhǔn)的時(shí)鐘鐘擺一樣，能自己計(jì)算好反應(yīng)時(shí)間。它此時(shí)發(fā)生某個(gè)反應(yīng)，彼時(shí)又發(fā)生另一個(gè)反應(yīng)，在循環(huán)往復(fù)中不斷重復(fù)，直到給它上的“發(fā)條”結(jié)束，反應(yīng)才停止。

通過一定的方式讓這兩個(gè)周期的反應(yīng)能出現(xiàn)明顯的反應(yīng)現(xiàn)象，如同一個(gè)更直觀、更明顯的“鐘擺”。這種反應(yīng)有一個(gè)專屬名字——振蕩反應(yīng)。接下來，我們就開動(dòng)雙手，演示振蕩反應(yīng)中極為典型的例子——碘鐘反應(yīng)。

這是一個(gè)視覺效果較為震撼的化學(xué)反應(yīng)，但要想實(shí)驗(yàn)獲得成功，要求各種藥品的比例非常精確。

所以，千萬要看清楚實(shí)驗(yàn)步驟！讓我們一起來探索“碘鐘”的奧秘吧！

魔術(shù)材料

濃度為29%的過氧化氫溶液、丙二酸、硫酸錳、淀粉、碘酸鉀、硫酸、燒杯、量筒、玻璃棒、容量瓶、天平、稱量紙、藥勺、膠頭滴管。

圖1 實(shí)驗(yàn)器材

魔術(shù)步驟

1.配置甲溶液

佩戴好防護(hù)手套和護(hù)目鏡，量取97 mL29%的過氧化氫溶液，轉(zhuǎn)入250 mL容量瓶里，加入蒸餾水稀釋到刻度，得到3.6 mol/L過氧化氫溶液。

2.配置乙溶液

佩戴好防護(hù)手套和護(hù)目鏡，分別稱取3.9 g丙二酸和0.76 g硫酸錳，分別溶于適量水中。另稱取0.075 g可溶性淀粉，溶于約50 mL的沸水中。把三者轉(zhuǎn)入250 mL容量瓶里，稀釋到刻度，得到丙二酸、硫酸錳和淀粉的混合溶液。

3.配置丙溶液

稱取10.75 g碘酸鉀溶于適量熱水中，再加入40 mL1 mol/L硫酸溶液酸化。轉(zhuǎn)入250 mL容量瓶里，稀釋到刻度，得到0.2 mol/L碘酸鉀和0.08 mol/L硫酸的混合溶液。

4.混合液體

將甲、乙、丙三組溶液以等體積在燒杯中混合后，反應(yīng)液由無色變?yōu)殓晟僮優(yōu)樗{(lán)紫色，幾秒后褪為無色，接著變?yōu)殓晟?，之后逐漸加深，藍(lán)紫色會(huì)出現(xiàn)，幾秒后又消失……這樣周而復(fù)始地呈周期性變化。碘鐘反應(yīng)的振蕩周期約為8秒，反復(fù)振蕩能持續(xù)數(shù)分鐘。

圖2 碘鐘反應(yīng)過程中的顏色變化

“徐”徐道來

中南大學(xué)教授 徐 海

將配置好的反應(yīng)物迅速混合，可以在一小段時(shí)間后觀察到，溶液由無色變?yōu)樗{(lán)紫色，這是因?yàn)榇藭r(shí)體系中生成了碘單質(zhì)，碘單質(zhì)與溶液中的淀粉結(jié)合，溶液變藍(lán)紫色。幾秒鐘之后，溶液中的藍(lán)紫色褪去，這是因?yàn)槿芤褐械牡鈫钨|(zhì)被消耗了。如此循環(huán)往復(fù)，直至某種反應(yīng)物耗盡，碘鐘反應(yīng)即會(huì)停止。

此外，也有許多其他反應(yīng)物的組合可以達(dá)到碘鐘反應(yīng)類似的效果。

提及化學(xué)實(shí)驗(yàn)中讓人印象深刻的化學(xué)反應(yīng)，碘鐘反應(yīng)一定排得上名號(hào)，這個(gè)反應(yīng)具有反應(yīng)速率快、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯等特點(diǎn)。然而，這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求精確地定量，如果你能精確地配置好反應(yīng)物溶液，那么碘鐘反應(yīng)將如預(yù)期一般持續(xù)反復(fù)振蕩。

如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并沒有想象中的那么完美，你可能要查找反應(yīng)物配置過程中可能出現(xiàn)的小差錯(cuò)了。只要多嘗試、多反思、多總結(jié)，相信你一定能成功！