碘鐘反應(yīng)是一種化學(xué)振蕩反應(yīng)，其體現(xiàn)了化學(xué)動(dòng)力學(xué)的原理。它于1886年被瑞士化學(xué)家Hans Heinrich Landolt發(fā)現(xiàn)。在碘鐘反應(yīng)中，兩種（或三種）無(wú)色的液體被混合在一起，并在幾秒鐘后變成靛藍(lán)色。碘酸根被硫代硫酸鈉還原是一個(gè)很吸引人的反應(yīng)，常常被用來(lái)作為說(shuō)明反應(yīng)速率的實(shí)驗(yàn)典范。如事先同時(shí)加入少量硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液和淀粉指示劑，則產(chǎn)生的碘便很快被還原為碘離子，直到S2O32－消耗完，游離碘遇上淀粉即顯示藍(lán)色。從反應(yīng)開(kāi)始到藍(lán)色出現(xiàn)所經(jīng)歷的時(shí)間，即可作為反應(yīng)初速的計(jì)量。由于這一反應(yīng)能自身顯示反應(yīng)進(jìn)程，故常稱(chēng)為“碘鐘”反應(yīng)。

簡(jiǎn)介

碘鐘反應(yīng)（Iodine clock reaction）是一種化學(xué)振蕩反應(yīng)，其體現(xiàn)了化學(xué)動(dòng)力學(xué)的原理。它于1886年被瑞士化學(xué)家Hans Heinrich Landolt發(fā)現(xiàn)。在碘鐘反應(yīng)中，兩種（或三種）無(wú)色的液體被混合在一起，并在幾秒鐘后變成靛藍(lán)色。碘鐘反應(yīng)可以通過(guò)不同的途徑實(shí)現(xiàn)。下面介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的碘鐘實(shí)驗(yàn)的途徑。

實(shí)驗(yàn)藥品

29%過(guò)氧化氫溶液、丙二酸、硫酸錳、可溶性淀粉、碘酸鉀、1mol/L硫酸。

實(shí)驗(yàn)步驟

配置甲溶液：量取97mL29%的過(guò)氧化氫溶液，轉(zhuǎn)移入250mL容量瓶里，用蒸餾水稀釋到刻度，得3.6mol/L過(guò)氧化氫溶液。

配置乙溶液：分別稱(chēng)取3.9g丙二酸和0.76g硫酸錳，分別溶于適量水中。另稱(chēng)取0.075g可溶性淀粉，溶于50mL左右沸水中。把三者轉(zhuǎn)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%淀粉的混合溶液。

配置丙溶液：稱(chēng)取10.75g碘酸鉀溶于適量熱水中，再加入20mL1mol/L硫酸溶液酸化。轉(zhuǎn)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(guò)氧化氫1.2mol/L、丙二酸0.05mol/L、硫酸錳0.0067mol/L、碘酸鉀0.067mol/L、淀粉0.01%?；旌虾螅磻?yīng)液由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)紫色，幾秒后褪為無(wú)色，接著又從琥珀色變逐漸加深，藍(lán)紫色又反復(fù)出現(xiàn)，幾秒后又消失，這樣周而復(fù)始地呈周期性變化。這種振蕩反應(yīng)，又叫“碘鐘反應(yīng)”。振蕩周期約為8秒，反復(fù)振蕩能持續(xù)幾分鐘。

注意事項(xiàng)

1.碘鐘反應(yīng)速率與溫度有關(guān)。

2.丙溶液會(huì)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(guò)氧化氫分解失效而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

3.不可隨意更改藥品用量。

化學(xué)反應(yīng)

過(guò)氧化氫型碘鐘

向硫酸酸化的過(guò)氧化氫溶液中加入碘化鉀、硫代硫酸鈉和淀粉的混合溶液。此時(shí)在體系中存在兩個(gè)主要反應(yīng)，化學(xué)方程式為：

H2O2(aq) 3I-(aq) 2H → I3- 2H2O

I3-(aq) 2S2O32-(aq) → 3I-(aq) S4O62-(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（以及少量淀粉溶液），此時(shí)體系中出現(xiàn)如下反應(yīng)：

IO3?(aq) 3HSO3? (aq) → I- (aq) 3HSO4?(aq)

然后過(guò)量的碘酸根離子與碘離子發(fā)生歸中反應(yīng)：

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(guò)硫酸鹽型碘鐘

通過(guò)過(guò)硫酸鉀、過(guò)硫酸鈉或過(guò)硫酸銨將碘離子氧化成碘單質(zhì)。加入硫代硫酸鈉可以將碘單質(zhì)還原回碘離子。化學(xué)方程式如下：

2I-(aq) S2O82?(aq) → I2 (aq) 2SO42?(aq)

I2 (aq) 2S2O32-(aq) → 2I-(aq) S4O62-(aq)

氯酸鹽型碘鐘

將盧戈氏碘液、氯酸鈉和高氯酸混合，化學(xué)方程式如下：

I3-→ I- I2

ClO3? I - 2H → HIO HClO2

ClO3 - HIO H → HIO2 HClO2

ClO3- HIO2 → IO3- HClO2

反應(yīng)溫度對(duì)振蕩的影響

固定反應(yīng)物加入順序和用量，依次改變體系的溫度至30℃，35℃，40℃，45℃，測(cè)出振蕩周期和誘導(dǎo)時(shí)間的變化。分別以誘導(dǎo)時(shí)間的對(duì)數(shù)和振蕩周期的對(duì)數(shù)對(duì)溫度的倒數(shù)作圖，得到表觀誘導(dǎo)活化能和振蕩活化能。