“碘时钟实验”在中学化学教学中的应用初探

姜绍南　耿志琴　黄金兰

1“浓度、温度影响反应速率"的几个实验举例

目前正在教学中使用的江苏教育出版社出版的《高中化学必修2》讲述浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响时，所用的实验均为过氧化氢溶液的分解实验。在探究温度对化学反应速率的影响实验中，在室温和比室温高几十度的温度下，反应环境的温度对不使用催化剂的H₂O₂溶液的分解影响不明显，而且当加热H₂O₂溶液时，逸出的气泡中有水蒸气的干扰，无法通过观察气泡的产生速率来判断H₂O₂溶液的分解速率。在探究浓度对化学反应速率的影响实验中，浓度不同的H₂O₂溶液中使用了FeCl₂溶液作为催化剂，这样同时引入了浓度和催化剂两个影响因素，增加了学生理解的难度。1991年人民教育出版社《高中化学第三册》讲述浓度、温度影响化学反应速率时，所用的实验为：不同条件下，Na₂S₂O₂溶液与稀硫酸反应产生硫而使溶液变浑浊的时间不同。如今，一种著名的“碘时钟实验”正在被越来越多的教师应用到这一节内容的教学中来。

2“碘时钟实验”原理

本文讨论的“碘时钟实验”，采用的是过量的碘酸与亚硫酸反应，在反应后期能产生碘单质，碘与淀粉液反应瞬间变蓝，给学生一种震撼的视觉冲击。

实验反应原理如下：

反应开始时，前两个慢反应产生的I₂迅速地被第三个反应（快反应）消耗掉，一开始进行的是总反应，反应式如下：

直到H₂SO₃全部反应完，第三个反应无法进行，这时的总反应如下：

这个总反应是由慢反应控制的，所以用淀粉液检测I₂可以看到单纯改变浓度或温度对实验的影响。

3两种常见的配制及操作方法

两种配液方法所用试剂均为市场上可购买的碘酸钾、无水亚硫酸钠、可溶性淀粉以及浓硫酸等试剂。

3.1第一种方法

配成碘酸钾溶液、亚硫酸钠溶液、淀粉酸性液。

碘酸钾溶液的配制：称取0.9g碘酸钾溶于200mL蒸馏水，再稀釋至2500mL。亚硫酸钠溶液的配制：称取0.45g无水亚硫酸钠，配成2500mL溶液。淀粉酸性液的配制：称取5g可溶性淀粉，制成少量粉浆，再加入300mL沸水，搅匀后冷却至室温。将12.5mL浓硫酸配成100mL的稀硫酸，冷却至室温。冷却后，将稀硫酸与淀粉液混合，将溶液稀释为500mL。

验证浓度对反应速率的影响：取2只1000mL烧杯，1只烧杯中加入200mL碘酸钾溶液，另1只烧杯加入100mL碘酸钾溶液和100mL蒸馏水。再向2只烧杯中各加入50mL淀粉酸性液，搅匀后，同时加入200mL亚硫酸钠溶液并搅拌，立刻用电子秒表计下溶液变蓝的时间。

验证温度对反应速率的影响：可采用2个水槽水浴3种溶液，其中1个水槽盛有冰水混合物，另1个水槽盛有30℃左右的温水，视实验时的室内温度可以减少一组水浴实验。加料同上述两组的某一组相同即可，计下溶液变蓝的时间。

这个实验的缺点是：从配液开始到实验结束，药液保存时间在10h以上。因为亚硫酸钠会被氧化，特别是淀粉在酸的作用下会水解，中间产物为各种糊精及麦芽糖，最终生成葡萄糖，致淀粉失效，影响实验结果。

3.2第二种方法

配成稀的碘酸、稀的亚硫酸、淀粉液。

稀碘酸可用稀碘酸钾溶液与稀硫酸混合而成，稀亚硫酸可用稀亚硫酸钠溶液与稀硫酸混合而成。反应在锥形瓶中进行，按照表1中物质排列的先后次序依次添加到锥形瓶中，倒入亚硫酸时开始计时，并不停地摇动锥形瓶。实验报告数据见表1。

采用某一组加料，温度30℃时，变蓝时间为46s，温度0℃（冰水中）时，变蓝时间为87s。