清一色控制方案
清一色控制方案
实验原理分析
反应一：\(S_2O_8^{2-}+3I^-=2SO_4^{2-}+I_3^{-}\)
反应二：\(2S_2O_3^{2-}+I_3^{-}=S_4O_6^{2-}+3I^-\)
实验为经典的碘钟反应，需要在弱酸性条件下进行（碱性下 \(S_2O_8^{2-}\) 会和 \(S_2O_3^{2-}\) 反应生成硫酸根和水，\(S_2O3^{2-}\) 也有副反应发生，强酸性下 \(S_2O_8^{2-}\) 会先与 \(S_2O_3^{2-}\) 反应）。高温下 \(S_2O_8^{2-}\) 易分解，需要控制体系温度在 \(40\) 度以下。
四种硫根在水溶液中为无色。水溶液中 \(I_3^{-}\) 低浓度为黄色，高浓度为棕色； \(I^-\) 低浓度为淡黄色，高浓度为深黄色。两者转化的颜色变化不明显，建议添加淀粉实现溶液蓝色与黄色的转换。
- 计时原理（加入淀粉）
反应一速度慢，反应二速度非常快。
反应初反应一生成的 $ I_3^{-}$ 被反应二快速消耗而不与淀粉结合。此时溶液为黄色或无色。
当 \(S_2O_3^{2-}\) 被消耗完时，反应一生成的 \(I^{3-}\) 与淀粉结合生成蓝色物质使溶液变蓝。
相当于 \(S_2O_8^{2-}\) 与 \(S_2O_3^{2-}\) 缓慢反应，当 \(S_2O_3^{2-}\) 消耗完时溶液变色。
物质浓度、比例、温度与ph会影响变色时间。
实验药品
- \(I^-(KI)\)
无色或白色结晶性粉末，不要见光，要和酸性、易燃有毒物质分开。最好密封。
反应过程中会有 \(I^{3-}\) 生成，注意防护和通风。\(I_2\)药品安全书
- \(S_2O_8^{2-}\) (\((NH_4)_2S_2O_8\))
白色结晶性粉末。
药品安全书摘要（可点击打开）
**危险性**：
健康危害：对皮肤粘膜有刺激性和腐蚀性。吸入后引起鼻炎、喉炎、气短和咳嗽等。眼、皮肤接触可引起强烈刺激、疼痛甚至灼伤。口服引起腹痛、恶心和呕吐。长期皮肤接触可引起变应性皮炎。
燃爆危险：本品助燃，具腐蚀性、刺激性，可致人体灼伤。
在低浓度水溶液中挥发较少。
**防护处理**：
皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。
眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
食入：用水漱口，给饮牛奶或蛋清。就医。
危险特性：无机氧化剂。受高热或撞击时即爆炸。与还原剂、有机物、易燃物如硫、磷或金属粉末等混合可形成爆炸性混合物。
有害燃烧产物：氧化氮、氧化硫。
灭火方法：采用雾状水、泡沫、砂土灭火。
应密封稳定在阴凉处存放，不要撞击或与还原剂、易燃物混合存放。
实验时要佩戴保护器（呼吸与眼睛、手），不要与皮肤接触，禁止进食、饮水，并保持良好通风。
- \(S_2O_3^{2-}(Na_2S_2O_3)\)
白色结晶粉末。建议在乙醇溶液（不溶）中存放或密封保存。无毒。
实验步骤
- 仪器
恒温水浴槽，烧杯玻璃棒，秒表，移液管，量筒。
- 试剂
\((NH_4)_2S_2O_8\)溶液， \(KI\)溶液，\(Na_2S_2O_3\)溶液，淀粉溶液 浓度不同
\(KNO_3\)溶液，\((NH_4)_2SO_4\)溶液 →维持溶液离子强度
（均加水配制为固定体积溶液）
将 \((NH_4)_2S_2O_8\)溶液 与 \((NH_4)_2SO_4\)溶液 加入 \(A\) 烧杯混合均匀
\(KI\)溶液，\(Na_2S_2O_3\)溶液，淀粉溶液 加入 \(B\) 烧杯混合均匀
两杯均放入某温度恒温槽里恒温一段时间，之后将两溶液混合，同时开始计时并不断搅拌，当溶液变色时停止计时。（反应也在恒温槽里进行）
数据分析
| 序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| \((NH_4)_2S_2O_8\)浓度\((mod/L)\) | |||||
| \(KI\) 浓度\((mol/L)\) | |||||
| \(Na_2S_2O_3\)浓度\((mod/L)\) | |||||
| 变色时间\((s)\) |
温度、\(ph\) 表格同理。感觉还得看赛场上温度来选测定范围
\(ln\frac{1}{t}\) 与 \(ln[c(S_2O_3^{2-})]\) 等数据关系同理。在此略去。
实验问题分析
- 溶液浓度配置
需要干燥容器并精准测量物质质量，物料要求尽可能纯度高。全过程要控温（恒温槽温度）控光照控\(ph\)防止分解和副反应。
- 反应步骤
容器壁残留物质和搅拌不均匀可能影响反应，前者暂时没有好的想法，后者换作磁力搅拌器。（具体赛场上反应物混合可能得设计特殊的装置）
还要多组实验求平均值。手动物料添加会有人工误差，建议机械定量加入物料。
浙公网安备 33010602011771号