吸、放熱反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)

張 燕 丁 偉

（華東師范大學(xué)化學(xué)系 上海 200062）

化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)是高中化學(xué)必修的，而且這部分內(nèi)容比較抽象，難以理解，僅靠學(xué)生死記硬背無疑是不明智的，對應(yīng)的僅有一個(gè)課堂實(shí)驗(yàn)用來幫助學(xué)生理解本節(jié)內(nèi)容的，若課堂實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，不能被全體學(xué)生清楚觀察到，就會導(dǎo)致學(xué)生更加焦躁，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)合碘-淀粉溶液的可逆熱色性原理，溶液顏色由藍(lán)色→無色→藍(lán)色的變化，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象色彩化，全體學(xué)生都可以清楚地觀察到現(xiàn)象，感知化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)。

一、碘-淀粉溶液的可逆熱色性原理

淀粉具有遇碘變藍(lán)的特性，這是由淀粉本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的。淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉，實(shí)驗(yàn)室常用的可溶性淀粉為直鏈淀粉，直鏈淀粉溶于水為鏈狀，并非線性結(jié)構(gòu)；淀粉分子中各單糖單位有游離羥基，因此可以形成分子內(nèi)氫鍵而形成螺旋狀結(jié)構(gòu)，加入碘液后，碘液中的碘單質(zhì)便嵌入淀粉螺旋結(jié)構(gòu)空隙中，并借助范德華力與淀粉形成大分子絡(luò)合物，該絡(luò)合物能夠比較均勻地吸收除藍(lán)光以外的可見光，因而呈現(xiàn)藍(lán)色。當(dāng)藍(lán)色碘-淀粉溶液遇熱后，氫鍵被破壞，螺旋結(jié)構(gòu)張開，碘單質(zhì)被釋放出來，絡(luò)合物分解，藍(lán)色就會消失；當(dāng)溶液遇冷后，絡(luò)合物又重新形成，藍(lán)色又顯現(xiàn)。

碘淀粉絡(luò)合物結(jié)構(gòu)

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

50mL燒杯、150mL燒杯，玻璃棒、酒精燈，小試管，10%的氫氧化鈉溶液、濾紙、滴管、可溶性淀粉、鎂粉、碳酸氫銨固體、稀鹽酸、碘水（含碘化鉀）、蒸餾水。

配置5g/L的淀粉溶液：用天平稱取0.5g可溶性淀粉，倒入小燒杯，滴加幾滴水?dāng)嚢璩珊隣睿谷敕序v的100mL水中，煮沸十幾分鐘。靜置冷卻至室溫，取清液待用，此溶液用前配置。

2.實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象

先取一支小試管，加入約2mL新配置的淀粉溶液，滴加1～2滴碘水振蕩，淀粉溶液由無色變成藍(lán)色，該小試管待用。

實(shí)驗(yàn)一：放熱反應(yīng)

（1）實(shí)驗(yàn)步驟

a.取一個(gè)150mL的燒杯，倒入稀鹽酸（溶液高度約為2cm），將盛有藍(lán)色淀粉溶液的小試管放置于該燒杯中。

b.蓋上沾有NaOH溶液的圓形濾紙。

c.向燒杯中加入約一藥匙鎂粉，靜置于桌面，觀察現(xiàn)象。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

a.燒杯中劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體。

b.小試管中的藍(lán)色溶液迅速褪成無色。

圖1

實(shí)驗(yàn)二：吸熱反應(yīng)

（1）實(shí)驗(yàn)步驟

a.取一個(gè)150mL的燒杯，倒入稀鹽酸（溶液高度約為2cm），將實(shí)驗(yàn)一中已經(jīng)褪色的小試管置于該燒杯中。

b.蓋上沾有NaOH溶液的圓形濾紙。

c.向燒杯中加入1～2藥匙碳酸氫銨固體，靜置，觀察現(xiàn)象。

（2）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

a.燒杯內(nèi)劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體。

b.小試管中溶液由無色瞬間變?yōu)樗{(lán)色。

三、分析討論

教材中用溫度計(jì)測量反應(yīng)溶液的溫度變化，教師告訴學(xué)生溫度升高或者下降，讓學(xué)生知道反應(yīng)是吸熱反應(yīng)或是放熱反應(yīng)，然而全體學(xué)生不可能都清楚觀察到溫度計(jì)的變化，從而比較迷惑、被動(dòng)地接受實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這樣便不利于學(xué)生對知識的理解。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更利于課堂演示教學(xué)，優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象色彩化（由藍(lán)色→無色→藍(lán)色），全體學(xué)生都能清楚觀察到講臺上的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而有利于學(xué)生對反應(yīng)熱效應(yīng)的感知理解。

（2）實(shí)驗(yàn)裝置簡單，可操作性強(qiáng)，且放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置相同，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程耗時(shí)短，現(xiàn)象明顯。

（3）若封好小試管口，“顯色工具”還可以反復(fù)使用；蘸有氫氧化鈉溶液的濾紙可以吸收反應(yīng)中放出的氣體，綠色環(huán)保。

（4）實(shí)驗(yàn)更具趣味性，放熱反應(yīng)中，藍(lán)色的碘-淀粉溶液褪成無色；緊接著在吸熱反應(yīng)中，褪色的碘-淀粉溶液又立即恢復(fù)藍(lán)色，整個(gè)過程像變魔術(shù)一樣，顏色變化很明顯，對學(xué)生形成視覺沖擊，活躍了課堂氣氛，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)探究興趣。

此外，放熱反應(yīng)還可以用氧化鈣與水反應(yīng)，吸熱反應(yīng)還可以用碳酸氫銨與稀硫酸反應(yīng)或硝酸銨與水反應(yīng)，這些反應(yīng)都可以用該實(shí)驗(yàn)裝置在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到同樣的效果。

［1］ 田久沛，張秀英.淀粉遇碘變藍(lán)之后……［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2007，（07）：41

［2］ 田宗學(xué).碘遇淀粉變藍(lán)質(zhì)疑—記一則有趣的可逆熱色性小實(shí)驗(yàn)［J］.化學(xué)教育，2006，（03）：54

［3］ 張曉星，丁偉.開發(fā)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的新實(shí)驗(yàn)［J］.教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2011，（05）：17-18

［4］ 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)2（必修）第二版［M］.北京：人民教育出版社.2006：30-32