中學化學趣味演示實驗綠色化探究及拓展

張小丹 吳佳妮

摘要：“藍瓶子”實驗因呈現(xiàn)藍白周期性變化，常作為中學化學課堂的趣味演示實驗，激發(fā)學生學習化學的興趣和科學探究的欲望。但傳統(tǒng)“藍瓶子”實驗中需使用大量強堿參與反應(yīng)，本文改進使用綠色的還原劑抗壞血酸（Vc），通過探究實驗反應(yīng)條件，得到一種綠色環(huán)保的、變色周期短、實驗現(xiàn)象明顯的適于中學課堂演示的趣味實驗方案，為中學化學演示實驗教學提供參考。

關(guān)鍵詞：藍瓶子；還原劑；振蕩

化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學，在深化教育改革的背景下，要求化學教師的教學手段和方法多樣化，尤其要多以實驗為載體來豐富課堂內(nèi)容和形式[1]，而趣味化學實驗對激發(fā)學生的學習熱情和探究欲望起著重要作用。新課標人教版和蘇教版的高中化學教材在“化學實驗”選修模塊中都引用了“藍瓶子”實驗，意在引起學生對化學的熱情，并通過該實驗了解震蕩反應(yīng)[2]。此外，現(xiàn)今的教學理念，“低碳環(huán)保性”逐漸體現(xiàn)在化學課堂上[1]，化學實驗不僅要增強趣味性，還要關(guān)注實驗的“經(jīng)濟環(huán)保”性。基于傳統(tǒng)“藍瓶子”實驗中使用葡萄糖作為還原劑，需要在極強堿性條件下完成實驗，本文將選取一種綠色還原劑——抗壞血酸（Vc）代替葡萄糖作為改進，探究其反應(yīng)的最佳條件，對比總結(jié)出環(huán)保、周期和現(xiàn)象更優(yōu)于傳統(tǒng)“藍瓶子”實驗的課堂演示的實驗方案。

儀器和試劑

實驗儀器：150mL錐形瓶、電子天平

實驗試劑：抗壞血酸，亞甲藍（指示劑），氫氧化鈉，碳酸氫鈉，碳酸鈉，二水氯化銅

實驗方法

稱取一定量還原劑和堿加入150 mL錐形瓶中，加入50 mL蒸餾水溶解，滴加一定量的指示劑溶液，以每秒兩次的頻率振蕩錐形瓶，搖勻，靜置；待溶液顏色褪去后，重復振蕩操作，觀察溶液顏色變化，記錄10 min內(nèi)藍色-無色-藍色的周期顏色變化的時長。當混合液最終呈現(xiàn)為黃棕色，顏色不再變化時，反應(yīng)進行完全，溶液不能用于闡明現(xiàn)象[3]。

實驗結(jié)果

（1）指示劑亞甲藍用量探究

抗壞血酸有很強的還原性，在堿性溶液中，能將指示劑亞甲藍還原褪色，并不能發(fā)生可逆氧化，但加入微量銅離子能降低抗壞血酸的還原性[4]，從而使“藍瓶子”中的可逆反應(yīng)恢復，因此，實驗中均加入一定量的銅離子。從表1得出，滴加1 d 0.2%亞甲藍溶液的周期最短，但溶液顏色較淺，不利于課堂實驗學生觀察，因此，選擇3 d亞甲藍進行后續(xù)實驗。

（2）還原劑Vc用量的探究

還原劑Vc用于還原亞甲藍成亞甲基白，還原劑量太少，不足以完全還原亞基藍，溶液藍色不易褪去；還原劑量過多，導致亞甲基白被氧化成亞甲藍的時間過長，溶液顏色不易恢復，不利于課堂演示，因此，有必要探究還原劑Vc的用量。

從表2中得出，只加入0.2 g抗壞血酸，30 min后仍藍色也未褪去；加入0.5 g和0.7 g抗壞血酸，藍白互變的周期均最短，因此，從綠色化學、節(jié)約藥品的理念出發(fā)，選擇0.5 g為Vc的最佳用量。

（3）堿性條件的探究

從表3得出，在不加入碳酸氫鈉條件也能發(fā)生反應(yīng)，而加入0.01g碳酸氫鈉周期最短。但不加入碳酸氫鈉的實驗周期比最佳條件下的實驗周期僅多20 s，也在2 min以內(nèi)，本著節(jié)約藥品的原則，課堂演示實驗可不加入碳酸氫鈉。

綜上所述，使用抗壞血酸作為綠色還原劑時，“藍瓶子”實驗最佳課堂演示反應(yīng)條件為：50 mL蒸餾水中加入0.5 g抗壞血酸，0.03 g二水氯化銅，滴加3 d 0.2%亞甲藍溶液，實驗平均周期1′51。

（4）藍瓶子實驗拓展

“藍瓶子”實驗中，溶液顏色只能從藍色變?yōu)闊o色，再由無色變?yōu)樗{色，變化太過單一。如果讓實驗變成“彩瓶子”實驗，多彩絢麗的顏色個更能有效吸引學生的注意力。由于該實驗過程中溶液酸堿性在不斷變化，可以加入實驗室常用的酸堿指示劑來豐富顏色的變化[5]，如酚酞。酚酞在堿性條件下顯紅色，與“藍瓶子”的藍色疊加起來呈紫色，現(xiàn)象如表4。因此，可以作為 “藍瓶子”實驗的拓展進行教學演示。

表4 “彩瓶子”實驗

加入酸堿指示劑 氧化態(tài)——還原態(tài)

酚酞

此外，實驗發(fā)現(xiàn)，將“藍瓶子”實驗混合溶液震蕩靜置后，可以看到溶液出現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)圖案（如表5）。指示劑-還原劑-氧反應(yīng)體系中的點和線圖案被稱為自組織圖案[6]。將溶液倒入培養(yǎng)皿中，在一段時間后顏色消失時形成圖案。影響圖案形成的因素有很多，如溶液的組成、溶液的厚度和表面積、溫度和時間。將指示劑加入溶液后，在5 min內(nèi)就能形成清晰的圖案，最終發(fā)展成類似于植物葉上的血管或維管束的“網(wǎng)絡(luò)線”。在課堂上，教師可以用表面皿盛裝溶液進行演示實驗，利用投影儀放映給學生觀看，讓學生感受這一奇妙的化學變化。

表5 “藍瓶子”實驗的自組織圖案

時間 0min 1min 2min 3min

圖案

結(jié)論

相較于傳統(tǒng)的“藍瓶子”實驗，以抗壞血酸為綠色還原劑作為中學課堂趣味化學演示實驗具有一定優(yōu)勢。實驗中只需弱堿性或不加堿就能成功，改進方法綠色環(huán)保、操作簡單、周期短、現(xiàn)象明顯，適用于中學化學實驗演示，具有一定參考價值。

參考文獻：

[1]楊曉，丁偉.不需要NaOH的“藍瓶子”實驗[J].教學儀器與實驗，2012，28（5）：14-15.

[2]張燕，韓金根.“藍瓶子”實驗拓展[J].化學教與學，2012，（10）：93-94.

[3]許文皓，羅明標.探究“藍瓶子”實驗最佳的課堂演示反應(yīng)條件[J].化學教與學，2016，（10）：84-86.

[4]范淑平，陳凱，張鳳，蔡敏堯.讓“藍瓶子”變綠[J].教學儀器與實驗，2008，24（3）：27-28.

[5]劉文明，王應(yīng)紅，李佳芳，萬東海.“藍瓶子”變“彩瓶子”的實驗研究[J].化學教與學，2013，（15）：90.

[6]U. Rajchakit and T. Limpanuparb， Greening the Traffic Light：Air Oxidation of Vitamin C Catalyzed by Indicators， J. Chem. Educ.， 2016，93，1486–1489.

作者簡介：張小丹（1986年12月），女，四川彭州，西南大學，碩士，實驗師講師，主要從事分析化學研究。