碘分子是高中化學課程中

少數深色物質之一

加上它本身可以做為氧化劑的特性

所以在學習氧化還原反應時

常見到碘的相關反應

現在我們就來設計一系列碘的氧化還原實驗

利用觀察碘顏色變化的過程中

進一步學習有關氧化還原的重要觀念吧

本實驗目的為觀察各種形式的含碘物質在反應的過程中

伴隨發生顏色的改變

觀察以及記錄實驗結果

最後探討每個步驟過程中所發生的化學反應

而實驗原理是藉由畫面顯示數個和碘有關的化學反應

所產生溶液顏色的變化來觀察實驗

實驗使用的器材有

20毫升試管1支

刮勺兩支

塑膠滴管6支

實驗藥品則有

碘晶體約0.10克

蒸餾水1.00毫升

碘化鉀0.10克

正己烷2.00毫升

1.00M氫氧化鈉1.00毫升

1.00M硫酸1.00毫升

0.10M硫代硫酸鈉0.75毫升

15 percent 過氧化氫1.00毫升

步驟1

取一小片碘以刮勺末端放入準備好的試管中

再加入大約1.00毫升的蒸餾水

搖晃試管後觀察碘晶體在水中的溶解情形

步驟2

以另外一支刮勺將0.10克的碘化鉀加入同一支試管中

搖動試管再觀察試管中固體的變化

並記錄下所觀察到的顏色變化

步驟3

取2.00毫升的正己烷再加入試管中

觀察溶液是否有分層的現象

搖動試管後

觀察各分層的顏色

步驟4

再加入1.00M的氫氧化鈉1.00毫升

搖動試管後觀察各分層顏色的變化

步驟5

再加入1.00M的硫酸1.00毫升

搖動試管後觀察各分層顏色的變化

步驟6

再加入0.10M的硫代硫酸鈉0.75毫升

搖動試管後觀察各分層顏色的變化

步驟7

再加入15 percent 的雙氧水溶液1到5滴

搖動試管後觀察各分層顏色的變化

接下來我們來探討各分層顏色與相關基礎反應方程式

在做結果討論之前

想先讓大家理解

各種含碘物質在不同溶劑及環境下的呈色不同

例如碘分子難溶於水

但可溶於正己烷中呈紫色

以下三種離子均可溶於水

其中三碘陰離子呈棕色

碘離子以及碘酸根離子均呈無色

首先碘分子雖難溶於純水

但可溶於碘化鉀水溶液

形成棕色的三碘陰離子

而因為碘分子與有機溶劑正己烷均為非極性分子

基於同類互溶的原則

在步驟3中碘分子會大部分溶於正己烷內呈現紫色

且正己烷密度又比水小

所以會觀察到正己烷層在上層呈現碘分子的紫色

而水層在下呈現最明顯三碘陰離子的棕色

下層含三種物質呈現平衡

對於碘的氧化還原實驗

相關的呈色原因有了清楚理解後

接下來就可以進入實驗結果與相關化學反應式的討論了

在步驟1中

碘晶體為紫黑色固體

將其溶於水中

發現其難溶於水

而步驟2中

將0.10克的碘化鉀加入同試管中

發現固體可溶於水中呈棕色

步驟3中

取兩毫升的正己烷繼續加入同試管中並搖晃後

發現分為兩層

上層正己烷層由無色變為紫色

下層水層棕色變淡

而在步驟4

再加入1M的氫氧化鈉1毫升後

當水層的碘分子被反應消耗掉

產生碘離子或碘酸根離子時

發現水層先變為透明無色

依據勒沙特列原理

在正己烷層中的碘分子也會隨時間消耗完畢

最後上層正己烷層也會變為透明無色

接下來步驟5再繼續加入1M的硫酸1毫升

搖動試管後發現

下方水層由無色變成棕色

上方正己烷層經過一段時間後

也由無色變成紫色

步驟6中

再繼續加入0.1M的硫代硫酸鈉0.75毫升

搖動試管後發現

下層水層先由棕色褪至無色

一段時間後

上方正己烷層也會褪至無色

最後

步驟7再繼續加入15 percent 的雙氧水溶液1到5滴

搖動試管後發現

下方水層由無色變成棕色

上方正己烷層再經過一段時間後

也由無色變成紫色

請根據下圖所示的情況

寫出各層所顯現的顏色

雖然本實驗藥品用量極少

符合綠色化學的精神

但實驗後所產生的含碘正己烷與水溶液

請集中後交由環保單位處理

學習完碘的氧化還原的實驗後

讓我們試著練習下圖所示的情況

在加入藥品後

正己烷層與水層應該呈現何種顏色？

這個單元我們學習了碘的氧化還原實驗

其反應過程整理如畫面的圖表

方便你再次複習相關概念

我們下次見

掰掰