维生素C参与的碘钟反应

摘要

维生素C与双氧水直接反应比较慢，且维生素C的还原性大于I^-。当维生素C过量时，双氧水先跟维生素C反应，之后再与I^-反应。为解决问题，适当改变反应环境，设计维生素C参与的碘钟反应，既能优化实验方案和实验步骤，又能提高实验的安全性。

关键词

碘钟反应 / 维生素C / 科普趣味实验

在碘钟反应中，3种或者2种无色溶液混合，几秒钟后就出现靛蓝色或者颜色的周期性变化。颜色变化带来的视觉效果，能让初次接触化学知识的青少年感受到化学之趣^［1］。但该类型反应所需的药品不常见，且有毒易污染环境，不适合青少年模仿实践。学习文献中关于维生素C参与的化学反应后，受碘量滴定法测定维生素C标准的启发^［2］，化学兴趣小组设计维生素C参与的碘钟反应，并取得了较好的效果。方法是：选择生活中易获取的维生素C、双氧水、碘伏和淀粉等为原料，适当改变反应环境，再现了传统的碘钟反应之颜色反复多次的变化。

1 实验原理

将双氧水和少量碘伏混合，作为反应的氧化剂。生活中双氧水和碘伏是典型的氧化剂，具有氧化性，被用于伤口的杀菌消毒。取少量淀粉的溶液作为显色剂，淀粉遇碘单质显蓝色，碘钟实验中的深色就是淀粉遇碘单质的显色反应^［3］。在将双氧水、碘伏与淀粉混合后，溶液中的碘单质遇淀粉变蓝，此时混合溶液显深蓝色；而后向混合溶液中加入由维生素C和葡萄糖组成的还原片剂（将还原剂制成一定紧密度的压片），随着维生素C的溶解，碘单质被还原成碘离子，溶液颜色变浅。维生素C与双氧水直接反应比较慢，且维生素C的还原性大于I^-。当维生素C过量时，双氧水先跟维生素C反应，再与I^-反应。当溶液中已溶解的还原剂被双氧水耗尽时，双氧水与I^-反应重新生成碘单质，此时溶液的颜色变深。伴随还原片剂的逐渐溶解和反应，维生素C在溶液中的浓度高低出现反复变化，使得混合液的颜色出现深色（碘单质）和浅色（碘离子）的反复变化，所以称为维生素C参与的碘钟反应。

2 实验药品与实验用具

（1） 实验药品。

医用3%双氧水、医用维生素C片、医用碘伏、可溶性淀粉（可用家用淀粉代替）、葡萄糖粉末、维生素C粉末、硫酸锰固体。

（2） 实验用具。

烧杯、量筒、玻璃棒、HY-12红外压片机、压片磨具（直径2 cm）、研钵。

3 实验操作

（1） 配制淀粉溶液。

称量3 g淀粉于烧杯中，向其中加入少量冷水混湿，边搅拌边加入500 mL热开水形成透明溶液，放置冷却至室温待用。如果改为家用淀粉配制的淀粉溶液会略显乳白色，不够澄清，对碘钟的显色有一定影响。

（2） 还原片剂的准备。

分别称量0.75 g葡萄糖粉末、0.25 g抗坏血酸（维生素C）和0.05 g硫酸锰粉末，在研钵中将三者均匀地混合并研磨成细小粉末，再通过HY-12红外压片机将粉末压成片状。在家实验时，可以直接选择普通维生素C片（含维生素0.1 g），不可选择泡腾片。

（3） 混合步骤。

①往400 mL的烧杯中依次加入150 mL（体积分数为3％）的双氧水、6 mL淀粉溶液和6 mL碘伏溶液，将三者搅拌均匀，静置，观察溶液颜色。此时，溶液显深蓝色。

②将还原片剂放入混合溶液中，等待5 s左右，用玻璃棒搅拌中上层溶液，观察到溶液变澄清后停止搅拌。静置数秒发现澄清溶液慢慢变回深蓝色，即可用玻璃棒搅拌或者轻轻摇匀烧杯，当观察到溶液变澄清后再停止搅拌或摇匀。继续静置数秒，澄清溶液又慢慢变回深蓝色。如此反复，大致振荡6～12次，振荡总时间约为2 min。

③加入自制还原剂片，振荡，观察到混合液颜色从深蓝色到无色的变化过程。反应结束后，溶液颜色还是澄清的，而医用维生素C片中含有不溶物，故可观察到混合溶液变浑浊，但不影响溶液颜色由深到浅的变化效果。

4 实验分析与注意事项

（1） 反应体系中的双氧水用量未严格要求，50～150 mL之间均可重现碘钟反应效果。淀粉溶液在反应体系中充当显色剂或者指示剂，主要是用于检验溶液中碘单质的存在，少量即可（碘伏的量2～6 mL）。

（2） 如表1所示，实验开展了还原片剂的压片比例的探究。研究发现：100%的葡萄糖还原片剂并不能发生颜色变化，说明葡萄糖的还原性太弱，不足以启动振荡。而100%的维生素C还原片剂，溶解速度快，还原剂量大，溶液变为透明的时间长，待还原剂反应完全才会出现深蓝色。这说明，维生素C的还原性远大于葡萄糖，当两者等比例混合时，可以达到实验效果，但溶液颜色转变的时间较长。通过多组多次实验发现：葡萄糖和维生素C的比例控制在7∶3时，振荡效果最佳。

（3） 在制备还原片剂时增加压片机的压力，可以增加压片的硬度，从而使压片溶解速度变慢，实验周期变长。如表2所示，当红外压片机的压力增加到18 MPa时，压片过紧，还原剂很难溶解，振荡效果不明显，振荡周期长。为达到较好效果，压片机的压力应设置为12～15 MPa。

（4） 如表3所示，对比发现加入硫酸锰（催化剂）后，会使实验启动加快，并未对后续实验造成较大影响，且催化剂加入后实验效果更佳。

（5） 压片成分为0.7 g葡萄糖、0.25 g抗坏血酸、0.05 g硫酸锰；当压力为12 MPa时，碘钟实验的振荡效果最好。

（6） 注意事项。

①在配制淀粉溶液时，应该使用热水。配制完成后，应静置使其恢复至室温。这是因为，过高的实验温度会对实验结果产生影响。

②将混合粉末倒入研钵后，应尽可能使其均匀混合后再去压片，目的是增加后续实验的稳定性和准确性。

③将压片放入配制的溶液中，在用玻璃棒搅拌时，尽量搅拌中上层溶液，以便让压片中的还原剂慢慢析出，而不会让压片过快溶解，从而使其发挥最大作用和效果。

④采用医用维生素C片时，应选择剂量为0.1 g的片剂。在实验过程中，若颜色在深色区域停留较久，则增加维生素C片数，即选择2片或更多片进行实验探究。

参考文献

[1] 常海.碘钟颜色震荡反应的研究［J］.广州化学，2016，41（05）：33-36，41.

[2] 杨晓，丁伟.不需要NaOH的“蓝瓶子”实验［J］.教学仪器与实验，2012，28（05）：14-15.

[3] 罗鹏.关于维生素C的趣味实验［J］.中学化学教学参考，2014（07）：56-57.

基金资助

福州大学物理化学院级一流课程资助项目(ZJ2133)