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黑白互變---結合氧化還原反應和沈澱反應
by yangsp, 2011-04-29 23:27:58, 人氣(4616)

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:徐光祖 N1240008】【編修者:楊水平


黑白互變---結合氧化還原反應和沈澱反應

簡介

顏色變化是化學反應發生與否的重要觀察指標之一,顏色變化常使觀察者不由自主地發出讚嘆之聲『哇,好神奇啊!』。本實驗即利用不同溶液作用的顏色變化,使溶液的顏色由原來的無色變為白色或深藍色 (近似黑色 ),再相互混合再度變為無色。

示範步驟

1. 混合溶液C及溶液D,攪拌均勻,觀察顏色變化 ,如圖一所示。此混合設為溶液CD。
2. 混合溶液A及溶液B,攪拌均勻,觀察顏色變化 ,如圖二所示。此混合設為溶液AB。
3. 慢慢地加溶液CD到溶液AB,攪拌均勻,觀察顏色變化,如圖三和四所示。
圖一   混合溶液C及溶液D 圖二   混合溶液A及溶液B
圖三   剛加溶液CD到溶液AB 圖四  加溶液CD到溶液AB並攪拌

請按此連結:黑白互變---結合氧化還原反應和沈澱反應,YouTube。

(拍攝者:吳政隆和謝孟樺;影像製作和轉檔者:李忠家)

溶液和器材

1.
配製溶液A:在 1 M的稀醋酸溶液 100 亳升中,加入 0.6 克 的碘化鉀,再加入 1%的澱粉溶液 2.5 亳升。(澱粉液需先煮沸過,否則 實驗效果不佳)
2.
配製溶液B:5 亳升的漂白水利用蒸餾水稀釋至 100 亳升。
3.
配製溶液C:在 100 亳升的蒸餾水中,加入 2.5 克的硫酸鎂(氯化鎂亦可),之後再加入 0.75 克的維他命C。
4.
配製溶液D:1 M的氨水液液 100 mL。
5.
裝盛溶液的 250 亳升燒杯四個,另再準備 250 亳升的燒杯兩個,以及玻棒兩隻。

原理和概念

1.

溶液A包含有碘離子以及澱粉 (starch),溶液B含有次氯酸離子。次氯酸為氧化劑,當溶液混合時,次氯酸氧化碘離子成為碘,碘再與澱粉進行錯合反應,產生深藍色的錯合物,反應式如下所示。

  2I-(aq) + OCl-(aq) + 2H+(aq)  →  Cl-(aq) + I2(aq) + H2O(l)
 (
無色)                                                                     (棕色)

  I2(aq) + starch(aq)  → I2-starch complex (aq

                                      (深藍色

2.

溶液C含有鎂離子 ,溶液D含有氨。鎂離子與氨水反應,成白色的氫氧化鎂 ,反應式如下。

Mg2+(aq) + 2NH3(aq) + 2H2O  →  Mg(OH)2(s) + 2NH4+(aq)

(無色)         (白色)

3.

加溶液CD到溶液AB,溶液CD含有維他命C會迅速地還原溶液AB內的碘成為碘離子而呈現無色。另一方面,溶液AB中的醋酸與溶液CD的氫氧化鎂進行酸鹼中和生成鎂離子及醋酸根離子而呈現無色,使混合後的溶液呈現透明無色,反應式如下。

 I2-starch(aq+ C6H8O6(aq→  2 H+(aq) + 2I-(aq) + C6H6O6(aq)  + starch(aq

 深藍色)                                                             (無色)

  Mg(OH)2(s) + 2CH3COOH(aq →  Mg2+(aq) + 2CH3COO-(aq) + 2H2O

(白色)            ( 無色)

教學提示

1. 本實驗的各溶液濃度並不需要非常準確,但誤差值不可太大,否則會造成溶液的顏色變化不如預期。
2. 澱液最好事先煮沸至澄清,若加入的澱粉太多而導致溶液濃稠,則加入蒸餾水稀釋。
3. 本次實驗的器材可以從日常生活的物品取得,在教學上不妨試著利用生活中的材料,化學更貼近生活。

問題和參考答案

1. 在溶液的混合過程中,顏色變化依次為何?
答: 四個溶液起初都是透明無色,A加B之後溶液成黑色,C加D之後溶液成白色,這兩杯溶液混合之後,溶液又變為原來的透明無色。
2.  為何A加B之後溶液成黑色?
答:

溶液A包含有碘離子以及澱粉 (starch),溶液B含有次氯酸離子。次氯酸為氧化劑,當溶液混合時,次氯酸氧化碘離子成為碘,碘再與澱粉進行錯合反應,產生深藍色的錯合物,反應式如下所示。

  2I-(aq) + OCl-(aq) + 2H+(aq)  →  Cl-(aq) + I2(aq) + H2O(l)
 (
無色)                                                                     (棕色)

  I2(aq) + starch(aq)  → I2-starch complex (aq

                                      (深藍色

3.  為何C加D之後溶液成白色?
答:

溶液C含有鎂離子 ,溶液D含有氨。鎂離子與氨水反應,成白色的氫氧化鎂 ,反應式如下。

Mg2+(aq) + 2NH3(aq) + 2H2O  →  Mg(OH)2(s) + 2NH4+(aq)

(無色)         (白色)

4.  為何 溶液AB與溶液CD混合後,溶液又變為原來的透明無色?
答:

加溶液CD到溶液AB,溶液CD含有維他命C會迅速地還原溶液AB內的碘成為碘離子而呈現無色。另一方面,溶液AB中的醋酸與溶液CD的氫氧化鎂進行酸鹼中和生成鎂離子及醋酸根離子而呈現無色,使混合後的溶液呈現透明無色,反應式如下。

 I2-starch(aq+ C6H8O6(aq→  2 H+(aq) + 2I-(aq) + C6H6O6(aq)  + starch(aq

 深藍色)                                                             (無色)

  Mg(OH)2(s) + 2CH3COOH(aq →  Mg2+(aq) + 2CH3COO-(aq) + 2H2O

(白色)            ( 無色)

5.  在溶液A之中,醋酸所扮演的角色為何?
答: 在溶液A與溶液B的混合中,醋酸使混合溶液維持在酸性環境,使碘離子利於與次氯酸根離子進行氧化還原反應。還有在最後的兩杯溶液混合時,醋酸可將白色的氫氧化鎂變為原來無色的鎂離子,使白色消失。

參考資料

1. Elsworth, John F., Entertaining Chemistry--Two Colorful Reactions, J. Chem. Educ. 2000, 77, 484.
2. Wright, Stephen W., Chemical Demonstrations with Consumer Chemicals: The Black and White Reaction, J. Chem. Educ. 2002, 79, 44.
3. Black and White Reaction, Sandie Koontz,

適用程度

國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 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。

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