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幾度夕陽紫----可逆之氧化還原反應
by yangsp, 2011-09-25 10:06:37, 人氣(4399)

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:陳聖文 E524017


幾度夕陽紫----可逆之氧化還原反應

簡介

利用同一元素(本實驗中有銅元素與碘元素)於不同的氧化數具有不同顏色之特性,(正一價銅離子在水中呈綠色,而正二價則呈藍色;負一價碘離子在水中為無色,而碘分子在有機溶劑中呈紫色),來觀察氧化還原反應之進行。因為紫色於整個實驗當中消失了又出現,故稱為「幾度夕陽紫」。

示範步驟

1. 放入約 5 mL 二氯甲烷(比重大於水,使得與水溶液混合之後落於下層)於大約為 50 mL 的大試管中。再加入約 10 mL 的二氯化銅溶液。
2. 蓋住瓶塞,然後搖晃均勻,靜置後可清楚看見兩層,上層的水層為淡藍色含銅離子的溶液下層的有機層呈無色透色,如圖一所示
3. 取出瓶塞,加入約1 mL 0.2 M 碘化鉀水溶液,如圖二所示
4. 蓋住瓶塞,然後搖晃均勻,於下層的有機層溶液可清楚觀察到紫色的碘分子,如圖三所示
5. 逐滴地加入濃氨水,直到在上層可清楚的觀察到深藍色為止,蓋緊瓶塞,然後搖晃均勻,如圖四所示。一段時間之後應可觀察到下層的有機層的顏色逐漸褪去,如圖五所示
6. 逐滴地加入 8 M 硝酸水溶液以中和濃氨水,水層的深藍色會消失如圖六所示,同時又可觀察到有機層的紫色再次出現,如圖七所示

圖一

圖二

圖三

圖四

圖五

圖六

圖七

溶液和器材

1.

0.2 M 碘化鉀水溶液:0.332 g 的碘化鉀 (KI(s)) 溶於水中成為 10 mL 水溶液。

2. 0.05 M 二氯化銅水溶液:0.426 g 二氯化銅 (CuCl2(s)) 溶於水中成為 50 mL 水溶液
3. 濃氨水 (即 15 M 的 NH3H2O) 少量。
4. 蒸餾水若干。
5. 8 M 濃硝酸水溶液:使用等體積的水稀釋濃硝酸。
6. 二氯甲烷 (CH2Cl2) 有機溶劑。
7. 滴管數個。
8. 量筒數個。
9. 大於約 50 mL 試管一個。
10. 小燒杯三個。
11. 塑膠塞子一個。

原理和概念

1. 2 Cu2+(aq)(藍色) + 2 I-(aq) → 2 Cu+(aq)(綠色) + 2 I2(紫色)
2. Cu2+(aq)(藍色) + 4 NH3(aq) → Cu(NH3)42+(aq)(深藍色)
3. H+(aq+ NH3(aq) → NH4+(aq)
4. 在加入約 1 mL 0.2 M 碘化鉀水溶液於正二價銅離子的水溶液後,蓋緊瓶塞,然後搖晃均勻,靜置後於有機層可清楚觀察到紫色的碘分子,水層呈淡綠色溶液。(因為生成的碘分子只溶於有機層且呈紫色,而且負一價碘離子為水溶性且呈無色,另一生成物正一價銅離子在水溶液中呈綠色)。
5. 逐滴地加入濃氨水,可在水層生成深藍色的 Cu(NH3)42+(aq),同時根據勒沙特列原理於上述第一個反應式中驅使反應向左進行,在有機層的碘分子會變成碘離子而溶在水中,因而有機層的紫色褪去。
6. 加入硝酸水溶液來中和氨水,使得上述第一個反應式又恢復向右進行,此時有機層的紫色碘分子又再度出現。

教學提示

1. 各項溶液的濃度並非要固定不變,因為本實驗之目的只是藉由顏色的變化來辦別氧化數的改變與否,不過濃度的調整亦要控制在本實驗所提供的濃度大小左右。
2. 在進行此實驗之前,需擁有相關氧化還原之基礎理論的背景知識,以及勒沙特列原理的概念。
3. 對於實驗當中各種元素離子與元素分子於水中或有機層的呈色狀況、溶解度、亦須有相當之了解,如此方能更深入了解整個實驗的精華與目的。
4. 有機溶劑的選擇以與水互不溶者皆可,但要注意密度比水大或比水小。
5.

正一價銅離子在水溶液中不甚穩定,很可能會繼續氧化成正二價銅離子,或還原成元素態的銅金屬元素。

6. 水屬於極性物質,基於同性物質才能互溶的原則,因此極性的物質能溶解在水中,例如:I-(aq)可溶在水中。而有機溶劑則多屬非極性物質,所以碘分子 (I2,非極性物質) 能溶在二氯甲烷當中,並呈紫色。
7. 當加入碘化鉀水溶液於正二價銅離子水溶液中,會因為它們的濃度太濃而造成有些微白色的碘化銅沉澱 (CuI) 以及棕色的三碘負價離子 (I3-) 生成。

問題和參考答案

1. 試解釋什麼因素造成化學平衡方向的改變,而什麼樣的觀察可讓我們得知平衡之改變
答: 根據勒沙特列原理,當一可逆反應方程式中的物質濃度改變時,反應方向會因欲維持反應平衡而改變。本實驗由顏色的變化,讓我們可以輕易地判斷出反應方向之改變。

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 185-186, Washington, D.C., American Chemical Society.

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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