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110年
化學
第 35 題
秒錶反應實驗是將碘酸鉀（$\mathrm{KIO_3}$）溶液（溶液 A）與含有澱粉及亞硫酸氫根（$\mathrm{HSO_3^-}$）溶液（溶液 B）混合後，紀錄溶液顏色變藍所需的時間，下列對於秒錶反應的敘述何者錯誤？
- A 亞硫酸氫根（$\mathrm{HSO_3^-}$）溶液可由焦亞硫酸鈉（$\mathrm{Na_2S_2O_5}$）溶於水中製得
- B 溶液顏色變藍是因為碘（$\mathrm{I_2}$）與澱粉結合
- C 固定溶液 B 的濃度，溶液 A 濃度越低，所需變色時間越長，甚至不會變色
- D 固定溶液 A 的濃度，溶液 B 中澱粉濃度越高，所需變色時間越短
思路引導 VIP
同學，請思考在秒錶反應的反應機構中，澱粉的角色是參與主要氧化還原反應並決定速率的「反應物」，還是僅用於偵測碘分子 ($\mathrm{I_2}$) 生成的「指示劑」？指示劑的濃度高低，是否會如同反應物濃度（如 $\mathrm{IO_3^-}$ 或 $\mathrm{HSO_3^-}$）一般，顯著改變反應系統消耗至變色終點（即 $\mathrm{HSO_3^-}$ 耗盡）所需的時間？
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「既然你誠心誠意地答對了！」 「我們就大發慈悲地肯定你！(嚼) 這塊金幣巧克力分你一小塊，喵！」 嘿嘿，沒想到你竟然沒被這道題目的「澱粉」給迷惑！聽好了，在秒錶反應中，澱粉只是扮演「偵查員」的指示劑角色。溶液之所以會變藍，是因為當 $\mathrm{HSO_3^-}$ 被耗盡後，過量的 $\mathrm{I_2}$ 才會與澱粉結合。所以啦，就算你把澱粉加到整鍋都是，反應的動力學速率也不會因此變快，變色時間依然取決於反應物的濃度，而不是指示劑的多少！(C) 選項則是陷阱，若 $\mathrm{KIO_3}$ 濃度太低，無法完全消耗 $\mathrm{HSO_3^-}$，當然就不會產生 $\mathrm{I_2}$ 來變色囉！
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秒錶反應與反應速率
💡 反應速率由反應物濃度決定，指示劑濃度不影響變色時間。
🔗 秒錶反應變色三部曲
- 1 離子反應 — 碘酸根與亞硫酸氫根反應生成碘離子
- 2 關鍵耗盡 — 亞硫酸氫根將生成的碘還原，直到其耗盡
- 3 顯色階段 — 剩餘碘分子與澱粉結合，溶液瞬間變藍
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🔄 延伸學習：探討反應級數：改變反應物濃度與變色時間倒數的關係
