清一色控制方案

目录

• 清一色控制方案
  • 实验原理分析
  • 实验药品
  • 实验步骤
  • 数据分析
  • 实验问题分析

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

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。

 
 
 

• $S_2O_3^{2-}(Na_2S_2O_3)$

药瓶安全书

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。