吸、放熱反應演示實驗的新設計

張 燕 丁 偉

（華東師范大學化學系 上海 200062）

化學反應熱效應是高中化學必修的，而且這部分內(nèi)容比較抽象，難以理解，僅靠學生死記硬背無疑是不明智的，對應的僅有一個課堂實驗用來幫助學生理解本節(jié)內(nèi)容的，若課堂實驗現(xiàn)象不夠明顯，不能被全體學生清楚觀察到，就會導致學生更加焦躁，不利于學生學習。本實驗設計結合碘-淀粉溶液的可逆熱色性原理，溶液顏色由藍色→無色→藍色的變化，實驗現(xiàn)象色彩化，全體學生都可以清楚地觀察到現(xiàn)象，感知化學反應熱效應。

一、碘-淀粉溶液的可逆熱色性原理

淀粉具有遇碘變藍的特性，這是由淀粉本身的結構特點決定的。淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉，實驗室常用的可溶性淀粉為直鏈淀粉，直鏈淀粉溶于水為鏈狀，并非線性結構；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構，加入碘液后，碘液中的碘單質(zhì)便嵌入淀粉螺旋結構空隙中，并借助范德華力與淀粉形成大分子絡合物，該絡合物能夠比較均勻地吸收除藍光以外的可見光，因而呈現(xiàn)藍色。當藍色碘-淀粉溶液遇熱后，氫鍵被破壞，螺旋結構張開，碘單質(zhì)被釋放出來，絡合物分解，藍色就會消失；當溶液遇冷后，絡合物又重新形成，藍色又顯現(xiàn)。

碘淀粉絡合物結構

二、實驗改進設計

1.實驗儀器及藥品

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，滴加幾滴水攪拌成糊狀，倒入沸騰的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.實驗步驟與現(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色，該小試管待用。

實驗一：放熱反應

（1）實驗步驟

a.取一個150mL的燒杯，倒入稀鹽酸（溶液高度約為2cm），將盛有藍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）實驗現(xiàn)象

a.燒杯中劇烈反應，產(chǎn)生大量氣體。

b.小試管中的藍色溶液迅速褪成無色。

圖1

實驗二：吸熱反應

（1）實驗步驟

a.取一個150mL的燒杯，倒入稀鹽酸（溶液高度約為2cm），將實驗一中已經(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）實驗現(xiàn)象

a.燒杯內(nèi)劇烈反應，產(chǎn)生大量氣體。

b.小試管中溶液由無色瞬間變?yōu)樗{色。

三、分析討論

教材中用溫度計測量反應溶液的溫度變化，教師告訴學生溫度升高或者下降，讓學生知道反應是吸熱反應或是放熱反應，然而全體學生不可能都清楚觀察到溫度計的變化，從而比較迷惑、被動地接受實驗結果，這樣便不利于學生對知識的理解。該實驗設計更利于課堂演示教學，優(yōu)點如下：

（1）實驗現(xiàn)象色彩化（由藍色→無色→藍色），全體學生都能清楚觀察到講臺上的實驗現(xiàn)象，從而有利于學生對反應熱效應的感知理解。

（2）實驗裝置簡單，可操作性強，且放熱反應和吸熱反應實驗裝置相同，整個實驗過程耗時短，現(xiàn)象明顯。

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

（4）實驗更具趣味性，放熱反應中，藍色的碘-淀粉溶液褪成無色；緊接著在吸熱反應中，褪色的碘-淀粉溶液又立即恢復藍色，整個過程像變魔術一樣，顏色變化很明顯，對學生形成視覺沖擊，活躍了課堂氣氛，激發(fā)了學生學習和實驗探究興趣。

此外，放熱反應還可以用氧化鈣與水反應，吸熱反應還可以用碳酸氫銨與稀硫酸反應或硝酸銨與水反應，這些反應都可以用該實驗裝置在較短時間內(nèi)達到同樣的效果。

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

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

［3］ 張曉星，丁偉.開發(fā)吸熱反應和放熱反應的新實驗［J］.教學儀器與實驗，2011，（05）：17-18

［4］ 普通高中課程標準實驗教科書化學2（必修）第二版［M］.北京：人民教育出版社.2006：30-32