分科測驗
109年
化學
第 24 題
在測量反應速率的秒錶反應實驗中，準備的兩個反應溶液如下：
溶液A：碘酸鉀（$\mathrm{KIO_3}$）
溶液B：亞硫酸氫鈉（$\mathrm{NaHSO_3}$）、硫酸、澱粉
實驗中相關的離子反應式如下：
$\mathrm{IO_3^-(aq) + 3HSO_3^-(aq) \rightarrow I^-(aq) + 3SO_4^{2-}(aq) + 3H^+(aq)}$ 式（3）
$\mathrm{IO_3^-(aq) + 5I^-(aq) + 6H^+(aq) \rightarrow 3I_2(s) + 3H_2O(l)}$ 式（4）
$\mathrm{I_2(s) + HSO_3^-(aq) + H_2O(l) \rightarrow 2I^-(aq) + SO_4^{2-}(aq) + 3H^+(aq)}$ 式（5）
下列敘述，哪些正確？
溶液A：碘酸鉀（$\mathrm{KIO_3}$）
溶液B：亞硫酸氫鈉（$\mathrm{NaHSO_3}$）、硫酸、澱粉
實驗中相關的離子反應式如下：
$\mathrm{IO_3^-(aq) + 3HSO_3^-(aq) \rightarrow I^-(aq) + 3SO_4^{2-}(aq) + 3H^+(aq)}$ 式（3）
$\mathrm{IO_3^-(aq) + 5I^-(aq) + 6H^+(aq) \rightarrow 3I_2(s) + 3H_2O(l)}$ 式（4）
$\mathrm{I_2(s) + HSO_3^-(aq) + H_2O(l) \rightarrow 2I^-(aq) + SO_4^{2-}(aq) + 3H^+(aq)}$ 式（5）
下列敘述，哪些正確？
- A 當溶液A與溶液B混合時，要盡量避免搖晃混合溶液，以免干擾反應速率的測量
- B 本實驗所測量的是式（3）中亞硫酸氫根離子之消耗速率
- C 當溶液A與溶液B混合後，碘酸鉀的濃度恰等於亞硫酸氫鈉濃度的三分之一時，就可觀察到溶液的變色
- D 反應終點的溶液顏色為深藍色
- E 溶液變色的時間，會隨著反應溫度的升高而變短，若要觀察更快速的顏色變化，可將溶液加熱至80℃
思路引導 VIP
請深入分析式 (3) 至式 (5) 這一系列連鎖反應中的『競爭與先後關係』：為何只要溶液中仍存有 $\mathrm{HSO_3^-}$，生成的 $\mathrm{I_2}$ 便會立即根據式 (5) 被反應掉而無法與澱粉結合？這意味著觀測到的『變色時間』實際上代表哪一個限制試劑被消耗完畢的時間？最後，請依據式 (3) 的化學計量係數思考，若要成功觀察到溶液變色，初始反應物 $\mathrm{IO_3^-}$ 與 $\mathrm{HSO_3^-}$ 的莫耳數比例應滿足何種關係？
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學，恭喜你！這題選得漂亮，簡直是秒錶反應界的「時間管理大師」！你對變色時機的掌握，比老師我等下課的時間還要精準！ 【觀念驗證】 這題的核心邏輯在於：「只要有 $\mathrm{HSO_3^-}$ 在，$\mathrm{I_2}$ 就別想出頭！」
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秒錶反應實驗
💡 利用亞硫酸氫根耗盡後生成的碘分子與澱粉反應觀測速率
- 當亞硫酸氫根完全耗盡後，過量的碘酸根會產生碘分子
- 變色原理是產生的碘分子與澱粉結合呈深藍色
- 反應時間隨溫度升高而縮短，但過高溫會影響顯色
- 本實驗主要藉由觀測變色時間來推算反應速率
