淀粉是植物体内最为重要的贮藏性多糖,在植物体内如种子、块根、块茎中含量特别丰富。淀粉以淀粉颗粒的形式存在,因植物种类不同而呈球形、卵形、不规则形等,直径约为1μm～175μm。学生在做室温下淀粉遇碘变蓝的实验中,往往向刚煮沸还未冷却的淀粉溶液中滴加数滴I2-KI稀溶液,却会发现溶液没有变蓝,而是出现淡红色,逐渐冷却后才会渐渐出现蓝色;如果重新加热,蓝色又会渐渐退去由红变为无色。为此兴趣学习小组的学生查找资料设计了一个快速、简便、易做、有趣的小实验。
1实验仪器及药品
50mL容量瓶、250mL烧瓶、试剂瓶、带塞子的小试管、酒精灯、多用滴管、温度计、碘、碘化钾、可溶性淀粉、蒸馏水。
(1)配制溶液A:在50mL的容量瓶中配制2.5×10-4mol/L的I2-KI溶液。
(2)配制溶液B:在另一个50mL的容量瓶中配制0.5%的淀粉溶液。按GB603-77称取1.0g可溶性淀粉,加入10mL蒸馏水,搅拌下注入200mL沸腾的蒸馏水中,再微沸25min,放置,取上层清液待用,此溶液于使用前制备。
2实验步骤及现象
[实验1]取1支编号为1的试管,在试管中加入2mL配制好的I2-KI溶液,然后滴加2滴新配制的淀粉溶液,观察实验的现象。可见溶液变成蓝色;然后将1号试管置于冷水中逐渐加热,随着水浴温度的升高,蓝色逐渐变红变浅,最后变成无色,从水浴中取出试管,放在盛有冷水的烧杯中冷却或置于冷水中冲洗,蓝色会很快恢复。
[实验2]取1支编号为2的试管,在试管中加入2mL新配制的淀粉溶液,再加入2滴配制好的I2-KI溶液,观察实验的现象。可以看到溶液逐渐变成淡蓝色;然后把2号试管置于水浴锅内加热,再观察实验的现象,其操作方法与实验操作1相同。
[实验3]取1支编号为3的试管,加入2mLI2-KI溶液,先加热到60℃后再冷却到室温,观察溶液的颜色变化,实验结果是溶液的颜色无变化。
[实验4]取1支编号为4的试管,加入新配制的淀粉液2mL,把试管加热至60℃后冷却至室温再观察现象,实验结果是无颜色变化。实验结果见表1。
3结果分析
由实验可以看出,在实验过程中淀粉、I2-KI溶液的颜色随温度的改变而发生可逆变化,故称之为可逆热色性。那么为什么淀粉、I2-KI的稀溶液具有可逆热色性呢?兴趣学习小组的学生通过查找资料分析讨论,在相互协作,交流过程中,共同合作,共同享受,明白了以下道理。
淀粉用热水处理后可以分离出2种成分:一种是可溶性淀粉能够形成半透明的胶悬液,也叫直链淀粉。直链淀粉的结构是一个线型的螺旋状聚合物,不溶于冷水只溶于热水。另一种是不溶解的淀粉,叫做支链淀粉。支链淀粉是高度分支的开链的而很少形成螺旋状的结构,许多羟基暴露在分子外面,既溶于冷水又溶于热水,支链部分可以形成胶状而有粘性的糊状物。但是,溶解水的直链淀粉并不是朝向一个方向伸展的直线状结构,呈弯曲形式,并借助于分子内的氢键卷曲成螺旋状的立体结构。螺旋状的结构中有一定的空腔,如果加入碘溶液,碘分子很小能钻入空腔,形成蓝色的管道形包合物。在这种包合物中,碘并不是以碘分子的形式存在,而是碘链与直链淀粉则以分子间的范德华引力结合起来。所以,蓝色就是淀粉的螺旋状空腔与碘分子相互作用产生的。(即直链淀粉溶于热水,遇碘后产生蓝色)。加热溶液,淀粉受热螺旋状结构被破坏,碘分子从空腔中钻出,蓝色转变成紫色后就慢慢消失了。冷却时淀粉又形成螺旋状结构,碘分子又钻入空腔,溶液复原又变成蓝色,这是一个有趣的可逆的变化过程。所以淀粉、I2-KI稀溶液表现出可逆热色性。实验中许多同学乐此不疲,完全被有趣的实验现象所吸引,激发了学生实验探究的积极性,其中蕴涵着科学认识过程和方法,使学生在认识化学知识的过程中掌握了科学方法,提升了科学素质。
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