2012年第8期化学教育
灯塔模拟实验。
张翔张佳佳陈彪“
(北华大学化学与生物学院吉林132000)
摘要在中学化学实验中，喷泉实验具有很重要的地位，其现象明显，效果显著，能够较好
地激发学生对化学世界的感知和学习兴趣。近年来，对此实验改进的研究有很多，但多数实验现
象单一，缺少新理论知识的应用。为弥补其在趣味性和前沿性上存在的欠缺，以氨气喷泉实验的
应用为基础，结合碘钟振荡反应设计了模拟灯塔的实验，效果良好。实验设备简单，操作简便、
安全，并实现了半自动化，具有很强的趣味性。基于此，模拟灯塔实验既可作为课堂演示实验，
又可作为用于观赏的趣味实验。
关键词灯塔喷泉实验化学振荡耗散结构
1设计意图
夜晚在港口观察灯塔时，可以看见灯塔的灯光呈
现周期性的明暗现象。在化学的世界里我们也可找到
一类特殊的化学反应——化学振荡反应，通过反应过
程中某些化学成份周期性的变化来模拟这一现象，并
利用氨气的喷泉实验实现了操作的半自动化。
2实验原理
2．1氨气的喷泉实验
通过将三日烧瓶中的氨气溶于水(在常温下，1
体积水大约可溶解700体积的氨气)，致使三El烧瓶
内的气体压强迅速减小，小于外界大气压，从而将
抽滤瓶和烧杯中的溶液分别泵人三口烧瓶和磨口圆
底烧瓶中。氨气溶于水时大部分形成NH3·HzO，
在常温下约有1％电离形成NH才和OH一，所以氨
水现弱碱性，能使含有酚酞的溶液变红。
2．2碘钟振荡反应[卜2]
2．2．1反应过程中涉及的反应方程式
(1)开始阶段产生I一：
H103+H202一H102+02+H20H102+H202一HIO+02+H20
HIO+H202—，I一+02+H20
(2)当[I]足够大时：
IOf+I～+2H+一H102+HIOH102+I一+H+一2HIO
HIO+I一+H+—，I，+H，O
Ia+CHe(COOH)2一ICH(COOH)2+I一+H+
(3)当[I一]很小时：
2011国际化学年全国趣味化学实验设计大赛”一等奖
通讯联系人，E-mail：BHHXCB@163．com
IOf+H102+H+一2102+H202102+H202—2H102+02
2H102—，HIO+H103
(4)[I一]的再生：
HIO+Mn2++H+—一1／212+Mn3++H204Mn抖+ICH(COOH)2+2H20—I一+
4Mn2++HCOOH+2C02+5H+
2．2．2反应过程中涉及的颜色
(1)蓝色为游离碘I：和碘离子I一结合生成
If，遇淀粉变蓝。
(2)无色为I：与CH：(COOH)z发生作用生
成ICH(COOH)。。
(3)琥珀色为Mn2+被氧化，生成Mn3+的颜
色。
2．2．3反应过程的图解
竺!旦!!!!!：翌!，M。，+(表现金黄色)
H202+6103——卜I’——卜12旦三肇IcH(cooH)2(表现无色)
f(自催化)}(抑制Mn2+氧化，表现蓝色)l
K。。lH：。。。L——————————_j
3实验用品
3．1实验器材
具支试管、酒精灯、漏斗、烧杯(250mL、500
mL)、球型干燥管、抽滤瓶(500mL)、三口烧瓶
(250mL)、磨口圆底蒸馏烧瓶(250mL)、胶头滴管、
pH试纸、铁架台、万用夹、导气管、橡胶塞。
3．2实验药剂
CaO(AR)、NH4C1(AR)、CH2(COOH)2
万方数据
化学教育2012年第8期
(AR)、K103(AR)、MnS04(AR)、30％H202
(AR)、淀粉(AR)、碱石灰、酚酞试液。
4实验操作
4．1溶液配制
溶液A：取0．1g淀粉溶于少量热水中并加
2．6g丙二酸和0．8g硫酸锰，再加68．3mL30％
的双氧水，稀释至250mL。
溶液B：取7．1g碘酸钾加4。5mL2mol／L
的硫酸，稀释至250mL。
4．2实验装置的组装
围1灯塔模拟实验装置
如图1所示组装好实验装置，并检查装置的气
密性。
4．3模拟灯塔实验
将6g的氯化铵和3g的氧化钙充分混合后放
入具支试管中；在抽滤瓶中加入约400mL的蒸馏
水并滴加10滴酚酞溶液；将200mLA、B2种溶
液分别加入2个烧杯中。
关闭1号、3号旋塞，打开2号旋塞，点燃酒
精灯，加热装有氯化铵和氧化钙的具支试管，氨气
经球型干燥管中的碱石灰干燥后进人三口烧瓶，约
5min后，在三口烧瓶的右口处用湿润的pH试纸
检验氨气是否充满烧瓶。
待pH试纸变蓝后，将三口烧瓶右口用带有吸
满水的胶头滴管的橡胶塞塞紧。同时，撤离酒精
灯，关闭2号旋塞，打开1号旋塞，利用大烧杯中
少量的酸液吸收多余的氨气。
挤压胶头滴管将胶头滴管中的水喷入三口烧
瓶，同时打开3号旋塞使实验发生。
5实验现象及讨论
5．1实验现象
三口烧瓶中出现红色喷泉，最终红色的液体基
本充满三口烧瓶。
2烧杯中的A液和B液同时被吸人圆底蒸馏烧
瓶，大约能充满圆底蒸馏烧瓶体积的．5／6。圆底烧
瓶中的溶液开始时完全无色，经2"---3S的诱导期后
颜色改变为琥珀色，然后变为无色(短暂)，又迅速
变为蓝色。溶液的颜色就在无色、琥珀色与蓝色之
间变化，随着反应的进行颜色的变化周期(振荡周
期)逐渐变长，该化学振荡能持续2min左右。
5．2讨论
为使氨气喷泉实验的现象明显，并具有足够的
“泵力”，(1)应确保装置的气密性良好；(2)三口
蒸馏烧瓶使用前应充分干燥；(3)在收集氨气时，
应待湿润的pH试纸呈深蓝色时再将三口瓶密封。
为使模拟灯塔效果良好，在碘钟振荡反应中，
应注意反应物的浓度、温度、抑制剂等因素对反应
的影响。当H。02、CH2(COOH)2、K103中的一
种浓度增大时(其他物种浓度固定)，诱导期、振
荡周期均变短，振荡寿命先增加后又逐渐减小；若
升高温度，诱导期、振荡周期、振荡寿命均减小；
此外，若反应体系中存在Ag+、H92+、CI一、苯
酚、乙醇等物质时，振荡均会受到不同程度的抑
制，甚至是完全抑制。
6结语
在化学振荡反应体系中，部分组分或中间产物
的浓度能随时间、空间发生有序的周期性变化，这
是一种开放的、远离平衡的非线性反应系统，一定
条件下可以自发地组织成时空有序结构，呈现出类
似于生命特征的自组织现象，是普利高津的耗散结
构理论中最典型、并得到最深入研究的事例之一，
具有重大的理论意义和应用价值[3~5|。
本实验方案以生活中熟悉的事物作为载体，在
喷泉实验的基础上加以改进和扩展，结合化学振荡
反应，用变化的颜色丰富实验现象，提升了其可视
性和趣味性。综上所述，模拟灯塔实验既可作为课
堂演示实验用于教学，又可作为趣味实验用于激发
学生对化学世界的探索。
参考文献
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Is]傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华．物理化学(下册)．第
5版，北京：高等教育出版社，2005：296-301
万方数据
灯塔模拟实验
作者：张翔，张佳佳，陈彪
作者单位：北华大学化学与生物学院吉林132000
刊名：化学教育
英文刊名：ChineseJournalofChemicalEducation
年，卷(期)：2012,33(8)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hxjy201208024.aspx
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