碘时钟实验

Question

谁能把碘时钟实验的方法介绍一下

Answer 1

“时钟反应”就是一种自催化反应，如碘酸盐与亚硫酸氢盐的反应，产物I-又是反应物，因而在经历一定诱导期后，反应速率急速增加。
2KIO3＋5H2O2＋H2SO4→I2＋K2SO4＋6H2O＋5O2↑(1)
I2＋5H2O2＋K2SO4→2KIO3＋4H2O＋H2SO4(2)
I2＋CH2(COOH)2→CHI(COOH)2＋I－＋H＋(3)
I2＋CHI(COOH)2→CI2(COOH)2＋I－＋H＋(4)
I－＋I2＝I3－(5)
丙二酸的加入是为了以I3－的形式“贮存”I2，以增大I2的溶解度。这样能延长变色时间周期和循环次数。显然蓝色是由碘分子与淀粉溶液作用的结果。5个反应累加结果发现是H2O2→H2O＋O2↑。如果向反应器中不断加入碘酸盐、丙二酸、双氧水反应物，同时产物通过溢流管不断离开反应器，这样可以使化学钟无限期走下去。
也存在其它时钟反应：
IO3- + 3SO32-===I- + 3SO42-
IO3- + 5I- + 6H+ ===3I2 + 3H2O
3I2 + 3SO32- + 3H2O===6I- + 6H+ + 3SO42-
或
5H2O2 + 2HIO3===5O2 + I2 + 6H2O
I2 + 5H2O2===2HIO3 + 4H2O
在KIO3、KHSO3的酸性混合溶液中加入少量KI和淀粉，不断地搅拌，有下列反应发生：
IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O
I2+HSO3-+H2O=2I-+]+HSO4-+2H+
当反应进行到15min时，溶液突然变成蓝色，随之又很快消失，这一反应被称为时钟反应。有人用它来解释生物钟现象。

Answer 2

化学动力学关系著化学反应速率测定及反应机构的探讨。化学反应机构之获得有赖於该反应之速率法则
(rate
law
or
rate
equation)，而该法则只能由反应速率之测定来获得，反应速率之测定对了解化学反应之重要性由此可知。
反应速率之测定经常使用起始速率法，即是在反应物混合后的瞬间测其瞬间的反应速率。对於传统方法测定之较慢反应而言，起始速率可用最初数秒或数分内之平均速率来估计之。
过硫酸根离子
(S2O82-)，在室温下以较缓的速率氧化碘离子，如
(1)
式：
2I-
+
2S2O82-
I2
+
2SO42-
(1)
此反应之速率可以各反应物或生成物之浓度变化表示如下：
(2)
(2)
式中第一项说明了反应速率等於某段时间内
S2O82-
的减少量。由
(1)
式指出每两个碘离子与一个
S2O82-
作用，故
(2)
式中第二个等号表示反应速率与碘离子的关系，依此可类推其他等号关系。
速率法则是以数学式表示速率与各反应物间之关系。在上述反应中，反应速率与碘离子及过硫酸根离子浓度有关，故假设：
R=k[I-]m[S2O82-]n
(3)
k
：速率常数
m、n
：反应级数
本反应速率的测定是用所谓的“时钟”反应。这是利用一个快速反应
(或一系列快速反应组合)
，以讯号
(通常用颜色指示剂)
来显示某一特别量之反应物
(在此为
S2O32-)
已消耗完毕。此类反应与生命钟相似，故称为“时钟反应”。本反应之“时钟”是依据下列事实而建立的：
1.
S2O32-
与I2
之反应快速且完全。
I2
+
2S2O32-
2I-
+
S4O62-
(4)
2.
在碘的指示剂
(淀粉)
存在下，只要有非常少的
I2
产生，溶液马上就显现出很深的蓝黑色。
因此碘离子与
S2O82-
反应时，一开始即加入已知的少量
S2O32-
与淀粉指示剂，反应进行时即产生
I2
，但
I2
马上与
S2O32-
作用成
I-
而不使淀粉显色，当少量的
S2O32-
消耗完后，再产生之碘分子则会使溶液中的淀粉马上显现出蓝黑色。
从开始反应至溶液变色的时间差距为
t，而消耗掉
1mole
S2O32-
时，则也同时消耗了
0.5
mole
的碘分子与
0.5mole
的
S2O82-
；即
S2O82-
改变量为
S2O32-
之起始浓度的一半时，溶液颜色变蓝。因此反应速率可表示为：
(5)
速率常数
k
及碘离子、
S2O82-
反应级数之计算与反应速率、反应浓度有关。实验的计算方法是以相对速率代替起始反应速率，在固定其他浓度，只改变其中一个浓度下，依比例方式消去相同因子，而求得
m
与
n
值。将
m
与
n
值分别代入反应式，可求得反应速率常数。
反应速率常数与温度有关，两者的定量关系可从
Arrhenius
的经验公式看出，更可进一步求出反应之活化能
Ea。
或
反应之
log
k
与
1/T
关系应成为一直线，由其斜率可计算获得活化能。
已知
3I[-]+S2O8[2-]===I3[-]+2SO4[2-]
反应速率可以用I3[-]与淀粉显蓝色的时间t来度量
t越小，速率越快
20度时，实验如下表：
1
2
3
4
5
c(I[-])
0.040
0.080
0.080
0.160
0.120
c(S2O8[2-])
0.040
0.040
0.080
0.020
0.040
t
88
44
22
44
?
3I[-]
S2O8[2-]
0.040
②
0.040
88
0.080
①
0.040
③
44
0.080
0.080
④
22
0.160⑥
0.020⑤
44
0.120
0.040
①/②=2
44/88=1/2
④/③=2
22/44=1/2
⑥/①
×⑤/③
=1
44/44=1
由此可得出他们的关系0.120/①
×0.040/
③=3/2
T5=44×2/3=88/3~29.3