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誰搞的鬼---多色循環的振盪反應
by yangsp, 2011-07-31 21:08:35, 人氣(7139)

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:陳意雯  E424029


誰搞的鬼---多色循環的振盪反應

簡介

兩個錐形瓶中裝著透明的溶液,各滴入兩三滴紅色的液體,一杯馬上開始變紅色,偶爾有藍色一閃即過,另一杯則一開始為藍色,等過了數分鐘後,才開始有紅色一閃而過,且兩杯顏色一直在紅藍間振盪變化。此振盪反應約可持續一小時以上。

示範步驟

1. 預備:準備兩個 125 mL 錐形瓶,皆加入 60 mL A 的溶液,一杯加入 3mL 的 B 溶液之後,則馬上出現橙黃色,另一杯不加 B 溶液,接著兩杯都加入 10 mL 的 C 溶液,等到黃色褪掉後再進行步驟 2。
2. 將這兩個錐形瓶放於桌上,皆加入 2 滴紅色之亞鐵靈溶液,兩杯的溶液會開始在紅藍間變色呈振盪反應,但變化情形不是完全一樣,如圖一至圖六所示。若放置很長一段時間,則最終兩杯皆呈現淡黃色溶液。
圖一 圖二
圖三 圖四
圖五 圖六
因顏色變化很快,一閃即過,故拍攝不出其改變之效果。

溶液和器材

1. A 溶液:5 g 的溴酸鈉(NaBrO3,sodium bromate)溶於含 67 mL 的水及 2 mL 的濃硫酸的混合溶液之中。
2. B 溶液:1 g 的 溴化鈉(NaBr,sodium bromide)溶於 10 mL 的水中。
3. C 溶液:1 g 的 丙二酸(HOOCCH2COOH,malonic acid)溶於 10 mL 的水中。
4. 0.25 M 的亞鐵靈(ferroin):1.485 g 的 o-phenanthroline (= phen) 溶於 10 mL 的水及 0.695 g 的硫酸亞鐵混合溶液之中。

原理和概念

1. 振盪反應之機構很複雜,到目前尚未十分清楚。通常振盪反應之反應物的濃度會逐漸降低,而生成物會逐漸增加,平衡時,反應即告中止。由本實驗重複反應的再現性可知在反應過程之中具有回饋的作用,因此反應物與生成物之濃度不斷地互相增減,沒有平衡地呈振盪式之重複變化。
2. 本實驗主要涉及下列反應式:
BrO3- + 5Br- + 6H+ → 3Br2 + 3H2O
                                (橙黃色)     
HOOCCH2COOH + Br2 → HOOCCHBrCOOH + Br- + H+
                           (橙黃色)                          (無色)
3HOOCCH2COOH + 2BrO3- + 2H+ → 2HOOCCHBrCOOH + 3CO2 + 4H2O
                                                                                                      (氣泡)
BrO3- + 6Fe(phen)32+ + 6H+ → Br- + 6Fe(phen)33+ + 3H2O
             (紅色)                               (藍色)                                            
HOOCCHBrCOOH + 4Fe(phen)33+ + 2H2O → Br- + 4Fe(phen)32+ + 5H+ + 2CO2 + HCOOH
                                     (藍色)                                  (紅色)

教學提示

1. 此振盪反應不需要搖動。
2. 沒加Br-的反應較慢,需等待幾分鐘之後才有紅色出現,且因剛開始時不明顯,故有點偏紫色。
3. Ferroin(亞鐵靈) is phenanthroline ferrous sulfate.

問題和參考答案

1. 亞鐵靈(Ferroin) 在此反應中所扮演的角色為何?
答: 在溶液內,丙二酸首先被 BrO3- 氧化,溶液內的Fe(phen)32+是當觸媒用,反應時,造成〔Fe(phen)32+〕/〔Fe(phen)33+〕之往返增減。
2.  這是一個氧化還原反應嗎?
答: 因氧化數有變化,故為氧化還原反應。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 1, p 114, Washington, D.C., American Chemical Society.
2. 魏和祥,科學教育月刊,第79期,頁62-64,國立台灣師範大學科教中心,中華民國七十四年四月。

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。

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