求助 | 註冊 | 登入
紅綠燈---氧化還原指示劑的變色反應
by yangsp, 2011-04-13 20:45:35, 人氣(20838)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:陳英佳  N0240005


紅綠燈---氧化還原指示劑的變色反應

簡介

反應之初溶液呈現綠色。靜置一段時間後,溶液由綠色慢慢轉變為紅色,最後變為淡黃色。若輕輕地搖晃,溶液的顏色由淡黃色轉變為紅色。若劇烈地搖晃後,溶液的顏色則由紅色變回初始的綠色。

示範步驟

1. 取 50 mL 的溶液 A 放入 250 mL 的錐形瓶中,如圖一所示。
2. 於錐形瓶內加入 1~5 mL 的指示劑溶液 (indicator solution),如圖二所示。反應之初 ,錐形瓶內的溶液呈現綠色,如圖三所示。
3. 靜置一段時間後,溶液由綠色慢慢轉變為紅色,最後則變為淡黃色,如圖四 (紅色) 和圖五 (淡黃色) 所示。
4. 然後,輕輕地搖晃錐形瓶,溶液的顏色由淡黃色轉變回紅色,如圖四 (紅色) 和圖五 (淡黃色) 所示。
5. 最後,劇烈地搖晃錐形瓶,溶液的顏色則由紅色變回初始的綠色,如圖三 (綠色) 和圖四 (紅色) 所示。
圖一 取 50 mL 的溶液 A 圖二 加入 1~5 mL 指示劑溶液
圖三 溶液呈現綠色 圖四 溶液呈現紅色
圖五 溶液呈現淡黃色

請按此連結:紅綠燈---氧化還原指示劑的變色反應 ,YouTube。(拍攝者:施孟光)

溶液和器材

1. 溶液 A:取 5 g 的氫氧化鈉 (NaOH , sodium hydroxide) 與 3 g 的葡萄糖 (C6H12O6 , D-glucose) 溶於 250 mL 的蒸餾中,如圖六所示。
2. 指示劑溶液 (indicator solution):取 1 g 的靛胭脂 (C16H10N2O8S2 , indigo carmine),溶於 100 mL 的蒸餾水中,配製成 為約 1% 的溶液,如圖七所示。
3. 250 mL 的錐形瓶一個。
4. 250 mL 的量瓶一個。
5. 100 mL 的量筒一個。
6. 10 mL 的量筒一個。
圖六 溶液A 圖七 指示劑溶液

原理和概念

1. 此實驗的反應式為:

2. 在靜置一段時間後,氧化態的指示劑(綠色的靛胭脂)被葡萄糖 (D-glucose) 還原而成為還原態(淡黃色的靛胭脂)。
3. 當輕輕地搖晃錐形瓶時,還原態的指示 劑(淡黃色的靛胭脂)被空氣中的氧氣氧化,但是由於參與反應的氧氣還不足以使指示 劑形成氧化態,此時僅形成 紅色的中間產物 (intermediate) 而已,因此溶液的顏色由淡黃色轉變成紅色。
4. 若劇烈地搖晃錐形瓶,指示 劑被空氣中更多的氧氣氧化,足以使 還原態的指示 劑(淡黃色的靛胭脂)形成氧化態,溶液的顏色則由紅色變回初始的綠色。在靜置一段時間後,指示 劑會被葡萄糖還原成為還原態,此時段可以發現溶液由綠色慢慢轉變為紅色,最後變為淡黃色。

教學提示

1. 若在進行反應時紅色的中間產物遲遲未顯現, 則再多加多一點指示劑溶液。
2. 若加入過多的指示劑溶液,則溶液 的顏色變化加深,反應時間延長。
3. 這個反應可以不使用磁石攪拌器 (magnetic stirrer),利用雙手搖晃錐形瓶即可進行反應。
4. 溶液 A 的使用量不要超過本次實驗的建議用量 50 mL。
5. 可參考更多的類似反應,例如藍瓶反應 (The Blue Bottle Reaction)。

問題和參考答案

1. 請寫出本實驗的反應式。
答:

2.  這實驗是否屬於氧化還原反應?假如是的話,何者是還原劑?何者是氧化劑?
答: 本次的實驗為氧化還原反應,葡萄糖 (C6H12O6 , D-glucose) 為還原劑,而空氣中的氧氣為氧化劑。
3. 在此實驗中指示劑扮演何種角色?
答: 在此實驗中,指示劑扮演不同顏色的氧化劑和還原劑的角色, 由不同的顏色變化可以察覺反應的進行,亦可以知道當時指示劑 處於何種狀態,例如:當溶液為淡黃色時,表示指示劑為還原態;當溶液為紅色時,表示指示劑為中間產物的狀態;當溶液為綠色時,表示指示劑為氧化態。
4. 當輕輕地搖晃錐形瓶時,溶液發生了什麼現象?當劇烈地搖晃錐形瓶,溶液發生了什麼現象?
答: 當輕輕地搖晃錐形瓶時,溶液的顏色由淡黃色轉變成紅色 。當劇烈地搖晃後,溶液的顏色則由紅色變回初始的綠色。
5. 在劇烈地搖晃後,靜置一段時間,溶液發生什麼現象?若將錐形瓶一直靜置 不動,反應是否會停止進行?
答: 在劇烈地搖晃後,靜置一段時間,發現溶液由綠色慢慢轉變為紅色,最後變為淡黃色。如果將錐形瓶一直靜置而不去搖晃它,反應並不會停止而 是以緩慢的速度進行,但是溶液的顏色變化過程較不明顯,仍然可以觀察到溶液由綠色變為黃色,而且所需反應時間也變長。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 1, p11, American Chemical Society, Washington, D.C.
2. The Traffic Light Demonstration, http://chemed.chem.purdue.edu/demos/demosheets/19.2.html (擷取日期:2011年04月14日

適用程度

國民小學 國民中學 ˇ高級中學 ˇ大學普通化學

安全

 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。
 

中學化學示範實驗首頁

發表討論