(1)酚酞和百里酚酞试液都是酸碱指示剂,在酸性和中性溶液中都呈无色。酚酞遇碱会变红色,在室温下它的变色范围是pH8.2~10。百里酚酞遇碱则变蓝色,它在室温下的变色范围是pH9.4~10.6。
(2)硫氰化钾跟铁离子反应,会生成配离子[Fe(SCN)n]3-n,它呈血红色。亚铁氰化钾跟铁离子反应生成六氰合铁(Ⅱ)酸铁Fe4[Fe(CN)6]3。沉淀,该物质呈深蓝色(人们叫它普鲁士蓝)。上述两个反应常用来检验铁离子。
【操作】
(1)取一张有吸水性的白纸,用毛笔蘸取1%的酚酞试液,在纸上画几朵花,再用另一支毛笔蘸取1%的百里酚酞试液,在纸上画一些枝叶,晾干或晒干后,白纸上几乎看不出有痕迹。表演时先展示一下白纸,然后取装有5%的氢氧化钠溶液的喷雾器,对准画过图案的地方喷洒,瞬间,在白纸上出现红花蓝叶的画。
(2)取一张有吸水性的白纸,用毛笔蘸取5~10%的硫氰化钾(KSCN)溶液,画上几朵花,再用另一支毛笔蘸取5~10%的亚铁氰化钾(K4[Fe(CN)6])溶液在纸上画些枝叶,晾干或晒干后,白纸上也看不出痕迹。表演时取装有5~10%的氯化铁溶液喷雾器,对准用试剂画过的白纸喷洒,瞬间,白纸上出现红花和深蓝枝叶。
【说明】
(1)氯化铁还能跟不少物质起反应而显色。例如,分别用毛笔蘸取5%鞣酸溶液、10%氢氧化钠溶液、5%醋酸钠溶液、2%苯酚溶液等,在白纸上作画,晾干后喷上氯化铁溶液,能分别显出黑色、红褐色、褐色、紫色等。黑色产物是鞣酸铁、红褐色产物是氢氧化铁、褐色产物是醋酸铁、紫色产物是一种配离子{[Fe(C6H5O)6]3-}。这些显色反应是化学实验中检验这类物质常用的方法。
(2)两种溶液相遇会产生有色沉淀或者发生明显颜色变化的反应。只要不造成环境污染、不危害健康,都可以设计成喷雾显色实验。
冷胀热缩的橡皮筋
【原理】橡胶是一种高分子化合物,由大量异戊烯单元形成的链状大分子组成。当橡胶被拉长时,杂乱而纠缠在一起的链趋于平行,即排列得比较有秩序。它在收缩时,排列的混乱程度增大。自然界的物质能自发地朝混乱度大的方向进行,并吸收能量。对橡皮筋加热,反而会使它缩短。
【准备】取4~5根橡皮筋,以双股圈结成一根橡皮筋绳,绳的一端挂在高处的挂钩上,下端用铁丝钩子吊一些重物,使橡皮筋绳拉长到原来长度的三四倍。另准备一个家用热电吹风。
【操作】在上述橡皮筋绳的下端处放一个物件,作为高度的参照物,或在墙上贴一张标签作为参照。打开电吹风,把热风上上下下吹在橡皮筋绳上,逐渐加热。片刻后橡皮筋绳不因受热而增长,反而缩短,绳下端挂的重物被提上去,现象十分明显。停止加热,橡皮筋绳在重物作用下又慢慢伸长,直到复原。
三色柱
【准备】称取2g碘、1.5g碘化钾,用75%乙醇溶解、稀释到100mL,得到碘酒溶液(药房购买的医用碘酒溶液也能用)。
【操作】
(1)找一只无色透明的带盖小瓶子(容积约30mL),加入约1OmL水,再滴加2~4滴碘酒,无色的水变成啤酒色。
(2)取几根火柴,把火柴头靠在一起,划燃后迅速把这束火柴插入上述小瓶内。等火柴头在瓶内的液面上燃尽后取出火柴杆,盖上盖子,振荡瓶内溶液。片刻后啤酒色变成无色透明。
(3)向上述小瓶内加入少量双氧水,溶液呈现浅棕黄的啤酒色(如果变色不明显,可以滴加几滴稀硫酸)。
(4)在小瓶内再加入少量面包粉或饼干屑或家用淀粉等,略摇晃一下瓶子,溶液变成深蓝色。
(5)向上述瓶内加入几毫升碱溶液(如6mol/L氢氧化钠),略振荡一下,深蓝色褪尽,溶液变成浊白色(溶液的浑浊是由饼干屑等造成的)。
【说明】
上述各步变化的顺序可以自行编排。例如,在水中放入碘酒后,先加淀粉使溶液呈深蓝色,再划火柴使蓝色褪尽。在上述第(5)步得到的浊白色溶液中加些酸,碘会再次析出而使溶液又呈深蓝色。
喷雾显色
【原理】
溶液C:取0.075g淀粉溶于少量热水中,然后加入3.9g丙二酸(CH2(COOH)2)和0.845g硫酸锰,再稀释到250mL。
【操作】用三支量筒分别量取 A、 B、 C三种溶液各50mL。同时把三种溶液加入洁净的250mL烧杯中,用玻棒略加搅拌后静置。烧杯里的溶液不久出现无色→琥珀色→蓝色→无色→琥珀色……的交替变色现象,溶液颜色反复变化的时间长达几分钟。
【说明】
(1)在表演前约1小时配好溶液。
(2)当双氧水浓度降低时,它的分解速率减小,溶液颜色变化的时间间隔增长,直到双氧水分解完全而颜色不再变化为止。
(3)反应温度最好调节到22~23℃,冬天要把烧杯放在水浴中温热。
(4)试剂的称量要尽量精确,硫酸锰等试剂要用分析天平称取。
碘酒五变色
【原理】火柴头里含有硫磺、氯酸钾等,划燃火柴头后会产生少量二氧化硫气体。在水溶液中,单质碘跟二氧化硫反应,生成无色的氢碘酸,氢碘酸遇双氧水后被氧化而又析出单质碘。单质碘遇淀粉会变蓝。单质碘遇氢氧化钠,会发生歧化反应而生成无色的物质。
I2+SO2+2H2O===H2SO4+2HI
2HI+H2O2===I2+2H2O
3I2+6NaOH====NaIO3+5NaI+3H2O
溶液B:10.7g碘酸钾加10mL2mol/L的硫酸,再用水稀释到250mL。
溶液A:102.5mL30%双氧水用水稀释到250mL。
再溶解度的作用。这样能延长变色的周期,便于观察,还能增加颜色循环变化的次数。
【准备】配制下列三种溶液。
反应初碘酸钾浓度较大,反应主要按(1)式进行,生成的单质碘与淀粉作用产生蓝色。当单质碘的浓度增大到一定程度,反应主要按(2)式进行,由于耗去单质碘,溶液的蓝色褪去。以后(1)式反应又成主要反应,溶液再次出现蓝色。如此反反复复,溶液颜色不断变化直到双氧水浓度减小到不能
(2)I2+5H2O2+K2SO4=2KIO3+4H2O+H2SO4
(3)I2+CH2(COOH)2→CHI(COOH)2+I-+H+
【原理】酸性靛蓝(商品名)又名靛蓝胭脂红,分子式是C16H8O2(SO3Na)2,试液pH<11.6时呈蓝色,pH>14.0时呈黄色。酸性靛蓝也是氧化还原型指示剂,它在碱性条件下被氧气氧化后呈绿色,被葡萄糖还原后呈黄色,它的中间态呈橙红色。因此又叫“三变色”魔术,该反应也能反复多次变色。
【操作】
(1)称取2g氢氧化钠,放在400mL烧杯里,加少量水使它溶解,然后配制成200mL溶液。把这碱溶液倒在250mL的锥形瓶中。
(2)在上述锥形瓶中加入4g葡萄糖,在它溶解后加入1~2mL1%的酸性靛蓝溶液,轻微地摇匀瓶内的混合液,塞好瓶塞。这时溶液呈绿色。
(3)把锥形瓶静置在桌面上,片刻后绿色渐渐变成橙红色,接着变成黄色。轻轻摇动锥形瓶,黄色溶液又变橙红色。较激烈地振荡锥形瓶,橙红色又变绿色。静置后又由绿色变成橙色,不久又变黄色。随着不断静置和振荡,三种颜色能反复互变。
【说明】上述变色的最佳温度是25~30℃,温度过低时要加热,但不可高于50℃。
振荡实验
【原理】把碘酸钾、双氧水、硫酸、丙二酸、淀粉、硫酸锰等试剂按一定比例配成混合液,会发生如下一些反应。
溶液C:取5g可溶性淀粉,放在小烧杯中,加入25mL冷水,搅拌成悬浊液。另取200mL水加热至沸,趁沸腾时倒入淀粉悬浊液并迅速搅拌,使淀粉糊化、溶解。到溶液冷却后边搅拌边慢慢加入12.5mL浓硫酸,最后也稀释到500mL。
【操作】
(1)浓度对反应速率的影响
取两只大烧杯,配制混合液D和E。
溶液 D:200mL水+50mLA液+50mL C液
溶液 E:225mL水+25mLA液+50mL C液
在盛放D液和E液的两只烧杯里同时加入50mLB液。室温下D液约10秒钟左右由无色突然变成深蓝色,E液约在20秒后突然变成深蓝色。
(2)温度对反应速度的影响 准备三份E液(各30OmL,配法同上),加入三只大烧杯里。把一份放在石棉网上加热到50℃左右,一份维持在室温,另一份浸在冰水里冷却到近冰点。用三支量筒分别量取50mL B液,同时把三份B液分别加入上述不同温度的三份E液中。接近50℃的溶液先呈现蓝色,处于近0℃的溶液最后变色。
【说明】
(1)在操作(1)中如保持温度不变,变色所需时间可由改变溶液A的量来作调节。每当碘酸钾在反应混合物中的浓度加倍时,变色的时间约减半。
(2)在操作(2)中,E液和B液混合后的温度不宜超过50℃,否则会出现蓝色到橙色的变化。
变色液
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