基于DIS实验探究化学反应的限度

马晓君 谢天华

摘 要：以氯化铁和碘化钾溶液反应为例，采用数字化信息实验系统（简称DIS），利用混浊度传感器和分光光度计分别探究化学反应限度的存在和化学反应限度的变化，以曲线和数据的形式更好地诠释化学反应的限度。

关键词：混浊度传感器；分光光度计；化学反应限度

一、问题的由来

化学反应的限度是高中化学重要的理论性知识。现行教材中虽有相关探究性实验，多以反应体系物质颜色改变为出发点，由于颜色改变较为复杂而呈现效果不佳，结论不够科学、缜密。教学中为增强学生对化学反应限度的理性认识，让探究性实验直观有效，且能够定量、严谨，笔者设计了基于DIS实验用来探究化学反应的限度。

二、实验仪器及试剂

仪器：LabQuest数据采集器、Logger Pro3.8.6数据采集软件、Vernier混浊度传感器（TRB-BAT）、U-4100紫外-可见分光光度计、1000μL与100μL移液枪、石英比色皿、5ml滴管、2 ml滴管。

试剂：0.1 mol·L-1 FeCl3溶液、0.1 mol·L-1KI溶液、1 mol·L-1FeCl3溶液、0.1 mmol·L-1FeCl3溶液、0.1 mmol·L-1KI溶液、0.01 mol·L-1FeCl3溶液

三、实验方案及实验步骤

实验1：利用混浊度传感器探究化学反应的限度

（1）实验原理：FeCl3溶液与KI溶液反应生成FeCl2和I2，介于I2难溶于水，利用混浊度传感器测量溶液充分反应后的混浊度变化的实时数据。改变某一反应物浓度，再次测量混浊度变化数据，通过对比两次溶液混浊度的变化，认识和理解化学反应的限度的存在和变化。

（2）实验仪器装置及仪器的组装：将数据采集器分别连接电脑和混浊度传感器。

（3）实验操作：

①向比色瓶中加入6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液和6 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液，充分反应后，将比色瓶放入混浊度传感器，开启数据采集软件，测量并记录此时溶液的混浊度。

②关闭数据采集软件，再向比色瓶中加入2 mL 1 mol·L-1FeCl3溶液，再次开启数据采集软件，测量并记录溶液混浊度的实时数据。

实验2：利用紫外-可见分光光度计探究化学反应的限度

（1）实验原理：利用紫外-可见分光光度计，以超纯水为参比、以反应液为实验组扫描I2的吸收峰。通过连续测定多组FeCl3和KI溶液反应后混合液中I2的吸收峰，探究化学反应限度的变化。

（2）实验操作：

①以超纯水為参比、以超纯水为空白组作基线（扫描波长区间200nm-800nm，下同）

②用移液枪往比色皿依次加入0.1 mmol·L-1FeCl3溶液和0.1 mmol·L-1KI溶液各1 mL，反应2min后以超纯水为参比、以反应液为实验组扫描（225nm左右为碘的吸收峰）。

③用移液枪向比色皿里平行加入三次10μL 0.01 mol·L-1FeCl3溶液，以超纯水为参比、以反应液为实验组扫描。

四、实验曲线、数据分析和结论

（1）实验一：6 mL 0.1 mol·L-1 FeCl3溶液和6 mL 0.1 mol·L-1 KI溶液混合，且充分反应后，溶液的混浊度稳定在28.1NTU，向混合体系中加入2 mL 1 mol·L-1FeCl3溶液，溶液的混浊度略有降低（原溶液被稀释，溶液的混浊度降低）。66s后溶液混浊度开始增大（I2的量增加，溶液的混浊度增大），直至175s时达到123.6NTU，175s后液的混浊度开始降低（I2的量增加和I2颗粒变大发生沉降，混浊度降低），最后稳定在80.1NTU（图1）。

实验结论：通过利用混浊度传感器对反应过程中混浊度的测量，不难发现，当Fe3+和I-以1∶1反应后的体系是一个反应物、生成物共存的体系，反应物不能完全转化，存在反应的限度，当改变外界条件时化学反应的限度也发生改变。

（2）实验二：利用紫外-可见分光光度计，以超纯水为参比、以反应液为实验组扫描I2的吸收峰，I2的吸收峰位于225nm左右处。通过平行加入三次10μL 0.01 mol·L-1FeCl3溶液，I2的吸光度不断增大（图2），说明I2的量不断增加。

实验结论：通过测量几组I2的吸收光谱曲线可以得出，当可逆反应达到平衡后，改变外界条件，化学反应的限度发生改变，且在新条件下建立新的平衡。同时如果不断地改变外界条件，化学平衡就会不断地移动，反应的限度也会不断地改变。因此平衡是相对于变化的平衡，变化是相对于平衡的变化，充分地体现化学平衡是一种动态的平衡。

五、创新（改进）的意义

（1）运用DIS实验探究化学反应的限度，将传统的肉眼观察变为更加直观的数据和曲线，通过数据和曲线表征呈现化学反应限度的存在和变化更加直观准确、科学严谨。

（2）DIS实验集数据采集、分析于一体，将动态的化学反应过程和化学平衡以动态的曲线和数据变化呈现出来，更加定量、实时，可认知性更强。

编辑 冯志强