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雙面俠---具氧化力和還原力的雙氧水
by yangsp, 2011-09-25 09:59:14, 人氣(15882)

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:許宏泰  E524015


雙面俠---具氧化力和還原力的雙氧水

簡介

雙氧水可當作氧化劑亦可當作還原劑。它與碘化鉀溶液反應,雙氧水當作氧化劑,把無色的碘離子氧化成暗紅色的碘分子;而和深紫色的高錳酸鉀溶液反應時,雙氧水當作還原劑,把高錳酸根離子還原成無色的錳二價離子。雙氧水讓上述溶液的顏色產生變化,在視覺便能觀察到雙氧水它具有氧化力與還原力,故稱雙氧水為雙面俠。

示範步驟

1. 雙氧水溶液的配製,可用一般實驗室的 30% 雙氧水溶液 (如圖一所示)加入少量的強酸(濃硫酸或濃磷酸,不可用鹽酸)即可,此溶液最好在反應之前才配製,以防雙氧水溶液失去效力。
2. 高錳酸鉀溶液 (如圖二所示) 最好是當天再配製,並加入較多量的強酸,以保持其較好反應性。
3. 將 5 mL 雙氧水溶液(含少量的酸)(無色),加入事先配好 10 mL 的碘化鉀溶液(無色),而使得溶液的顏色由無色到紅色,如圖三所示。
4. 將 5 mL 雙氧水溶液(含少量的酸)(無色),加入事先配好的 10 mL 高錳酸鉀溶液(深紫色)(如圖二所示),會使得溶液顏色由深紫色變到無色,如圖四所示,表示雙氧水把高錳酸根還原成錳二價離子。
5. 將 5 mL 雙氧水溶液(不含酸,即中性溶液)(無色),加入事先配 10 mL 好的高錳酸鉀溶液(深紫色)(如圖二所示),會使得溶液顏色由深紫色變成棕色的沈澱,如圖五所示,表示雙氧水把高錳酸根還原成二氧化錳固體沈澱。

圖一 圖二

圖三

圖四

圖五

溶液和器材

1. 雙氧水(即 30% 的過氧化氫水溶液,(Hydrogen Peroxide, H2O2)。
2. 0.1 M 碘化鉀溶液:取 1.67 g 碘化鉀(Potassium Iodide, KI ),溶於水中成 100 mL 的溶液,。
3. 稀的高錳酸鉀,取很少量的高錳酸鉀(Potassium Permanganate, KMnO4)溶於約 100 mL 的水中 ,呈現紫色可。
4. 強酸─濃硫酸(即 95% Sulfunic Acid, H2SO4)或濃磷酸(即 85% Phosphoric Acid, H3PO4)少量。
5. 燒杯5 個。
6. 滴管數隻。
7. 手套  1 雙。

原理和概念

1. 雙氧水當作氧化劑,其反應式如下:
還原反應:H2O2(aq) + 2 H+(aq) + 2e- → 2H2O(l)
氧化反應:2 I-(aq) → I2(aq) + 2e-
總反應:H2O2(aq) + 2 H+(aq) + 2 I-(aq)(無色) → I2(aq)(暗紅色) + 2 H2O(l)
2. 雙氧水當作還原劑,其反應如下:
還原反應:MnO4-(aq) + 8 H+(aq) + 5 e- → Mn2+(aq) + 4 H2O(l)
氧化反應:H2O2(aq) → O2(g) + 2 H+(aq) + 2 e-
總反應:2 MnO4-(aq)(紫色) + 5 H2O2(aq) + 6 H+(aq) → 5 O2(g) + 2 Mn2+(aq)(無色 或淡粉紅色) +
8H2O(l)

教學提示

1. 將濃硫酸(或是濃磷酸)加入雙氧水溶液 (30%) 時,利用滴管滴加,以免溶液濺出。
2. 碘化鉀溶液約0.1 M 即可,不必太濃。
3. 高錳酸鉀溶液配成稀薄溶液即可,只要少量的高錳酸鉀,且能使溶液呈紫色就可以了。另外,溶液最好當天配製,而且要記得加入強酸,否則會得到不同的顏色變化。切記:不可加入鹽酸,因為鹽酸會被高錳酸根氧化成氯氣。

問題和參考答案

1. 請用化學反應式表示過氧化氫在當氧化劑及還原劑時的半反應式?
答: *雙氧水當作氧化劑,其反應式如下:
   還原反應:H2O2(aq) + 2 H+(aq) + 2 e- → 2 H2O(l)
*雙氧水當作還原劑,其反應式如下:
   氧化反應:H2O2(aq) → O2(g) + 2 H+(aq) + 2 e-
2. 為何這些反應的條件要在酸性的條件下?
答: 因為氫離子(H+)參與反應,如果反應不加入強酸,則反應會產生不同的產物。
3. 如果過錳酸鉀溶液在中性的條件下和雙氧水溶液反應,試問其反應與酸性條件下會不會不同?
答: 反應會不同。因為中性溶液中,只有極少量的氫離子 (H+) 參與反應而已,所以過錳酸鉀絕大部份還原成褐色的二氧化錳 MnO2(s) 沈澱,如圖五所示。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, pp 209-210, Washington, D.C., American Chemical Society.
2. Weiss, Gerald S., Greco., Thomas G.,and Rickard. Lyman H., Experiments in General Chemistry: Principles and Modern Applications,  Seventh Edition, pp 207-211, 1997, Prentice-Hall, Inc., NJ 07458.

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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