碘钟反应

碘钟反应是一种化学振荡反应，其体现了化学动力学的原理。它于1886年被瑞士化学家Hans Heinrich Landolt发现。在碘钟反应中，两种（或三种）无色的液体被混合在一起，并在几秒钟后变成靛蓝色。碘酸根被硫代硫酸钠还原是一个很吸引人的反应，常常被用来作为说明反应速率的实验典范。如事先同时加入少量硫代硫酸钠标准溶液和淀粉指示剂，则产生的碘便很快被还原为碘离子，直到S2O32－消耗完，游离碘遇上淀粉即显示蓝色。从反应开始到蓝色出现所经历的时间，即可作为反应初速的计量。由于这一反应能自身显示反应进程，故常称为“碘钟”反应。

简介

碘钟反应（Iodine clock reaction）是一种化学振荡反应，其体现了化学动力学的原理。它于1886年被瑞士化学家Hans Heinrich Landolt发现。在碘钟反应中，两种（或三种）无色的液体被混合在一起，并在几秒钟后变成靛蓝色。碘钟反应可以通过不同的途径实现。下面介绍一个简单的碘钟实验的途径。

实验药品

29%过氧化氢溶液、丙二酸、硫酸锰、可溶性淀粉、碘酸钾、1mol/L硫酸。

实验步骤

配置甲溶液：量取97mL29%的过氧化氢溶液，转移入250mL容量瓶里，用蒸馏水稀释到刻度，得3.6mol/L过氧化氢溶液。

配置乙溶液：分别称取3.9g丙二酸和0.76g硫酸锰，分别溶于适量水中。另称取0.075g可溶性淀粉，溶于50mL左右沸水中。把三者转移入250mL容量瓶里，稀释到刻度，得到含0.15mol/L丙二酸、0.02mol/L硫酸锰、和0.03%淀粉的混合溶液。

配置丙溶液：称取10.75g碘酸钾溶于适量热水中，再加入20mL1mol/L硫酸溶液酸化。转移入250mL容量瓶里，稀释到刻度，得到0.2mol/L碘酸钾和0.08mol/L硫酸的混合溶液。

将甲、乙、丙三组溶液以等体积混合在锥形瓶中，这混合溶液分别含过氧化氢1.2mol/L、丙二酸0.05mol/L、硫酸锰0.0067mol/L、碘酸钾0.067mol/L、淀粉0.01%。混合后，反应液由无色变为蓝紫色，几秒后褪为无色，接着又从琥珀色变逐渐加深，蓝紫色又反复出现，几秒后又消失，这样周而复始地呈周期性变化。这种振荡反应，又叫“碘钟反应”。振荡周期约为8秒，反复振荡能持续几分钟。

注意事项

1.碘钟反应速率与温度有关。

2.丙溶液会随室温降低，碘酸钾以晶体析出，微热又溶解。甲溶液不宜放置太久，否则过氧化氢分解失效而导致实验失败。

3.不可随意更改药品用量。

化学反应

过氧化氢型碘钟

向硫酸酸化的过氧化氢溶液中加入碘化钾、硫代硫酸钠和淀粉的混合溶液。此时在体系中存在两个主要反应，化学方程式为：

H2O2(aq) 3I-(aq) 2H → I3- 2H2O

I3-(aq) 2S2O32-(aq) → 3I-(aq) S4O62-(aq)

碘酸盐型碘钟

向用硫酸酸化的碘酸盐中加入亚硫酸氢钠（以及少量淀粉溶液），此时体系中出现如下反应：

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

然后过量的碘酸根离子与碘离子发生归中反应：

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

接着亚硫酸氢钠将生成的碘还原：

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

过硫酸盐型碘钟

通过过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵将碘离子氧化成碘单质。加入硫代硫酸钠可以将碘单质还原回碘离子。化学方程式如下：

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

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

氯酸盐型碘钟

将卢戈氏碘液、氯酸钠和高氯酸混合，化学方程式如下：

I3-→ I- I2

ClO3− I - 2H → HIO HClO2

ClO3 - HIO H → HIO2 HClO2

ClO3- HIO2 → IO3- HClO2

反应温度对振荡的影响

固定反应物加入顺序和用量，依次改变体系的温度至30℃，35℃，40℃，45℃，测出振荡周期和诱导时间的变化。分别以诱导时间的对数和振荡周期的对数对温度的倒数作图，得到表观诱导活化能和振荡活化能。