運用手持技術測定“藍瓶子”實驗中溶解氧濃度的變化

任峰 祖保

【摘要】運用手持技術測定“藍瓶子”實驗中溶解氧濃度的變化，以探究其大小對該變色反應進行方向的影響。從而闡明了振蕩程度的大小和持續(xù)時間的長短與振蕩周期的關系，以期對“藍瓶子”實驗有借鑒和指導作用。

【關鍵字】藍瓶子實驗? ?溶解氧? ?傳感器

【中圖分類號】G633.8? ??【文獻標識碼】A? ??【文章編號】1992-7711（2020）10-136-02

“藍瓶子”實驗是中學化學中非常重要并受到師生廣泛喜愛的一個實驗，該實驗能夠引導學生了解振蕩反應，探究影響化學反應的條件并認識控制反應條件的方法。但是對于反應過程中溶液中的溶解氧（dissolved oxygen 簡稱DO）的濃度變化卻鮮有人研究。我們運用手持技術測定藍瓶子實驗中溶解氧濃度的變化，以探究其大小對該變色反應進行方向的影響。

一、 實驗原理

亞甲藍是一種常用的氧化還原指示劑。在堿性條件下，使用葡萄糖作為還原劑或溶解氧作為氧化劑，可以使該指示劑在藍色和無色之間發(fā)生變化。其轉化關系如下所示：

藍色的亞甲藍溶液在堿性條件下被葡萄糖還原成無色的亞甲白溶液。實驗時振蕩盛有上述無色溶液的錐形瓶，使空氣中的氧氣溶入混合液，亞甲白被溶解氧氧化成亞甲藍，溶液又重新變回藍色。靜置一段時間，亞甲藍再次被葡萄糖還原，變成亞甲白，溶液又一次褪為無色。通過反復振蕩、靜置，可以使錐形瓶內的混合液在藍色與無色之間來回變化。

發(fā)生在“藍瓶子”中的這種生動有趣的實驗現象被稱為亞甲藍的化學振蕩。從出現藍色到褪為無色所消耗的時間為一個振蕩周期。振蕩周期的長短受溶解氧的含量、葡萄糖的濃度、反應溫度、氫氧化鈉的用量等因素影響。本實驗重點研究溶解氧的含量對振蕩周期和反應方向的影響。

二、實驗過程

1.按圖1裝置連接好儀器。向250mL燒杯中依次加入3.0 g葡萄糖、2.0 g 氫氧化鈉、100 mL水。待溶解完全后，向其中滴加5滴0.2%的亞甲藍溶液，輕輕攪拌后靜置?；旌弦河伤{色褪為無色。

2.把燒杯放在磁力攪拌器上，放入磁子，插入溶解氧傳感器，緩慢攪拌并開始采集。然后逐漸加快攪拌速度，直到溶液變?yōu)樗{色，再緩緩降低攪拌速度，等到溶液褪為無色時，再次加快攪拌速度。如此循環(huán)2～3次。所得曲線如圖2.

3.待混合液由藍色褪為無色后，再次重新開始采集數據。一邊使用磁力攪拌器持續(xù)快速攪拌，一邊觀察曲線變化。直到混合液中的溶解氧含量升到最高時，緩緩降低攪拌速度，等到溶液褪為無色時，重復第2步操作。所得曲線如圖3所示。

三、 圖像分析

溶解氧的含量跟大氣壓、空氣中氧氣的分壓、水溫等關系密切。在20℃、100kPa下，純水飽和時大約溶解氧9 mg/L.用溶解氧傳感器測出本實驗所用蒸餾水的溶解氧含量為 8.2 mg/L.

從圖2可以看出，在起始時溶液中的溶解氧濃度就已經降到1.1 mg/L左右，此時溶液為無色。這個數據說明葡萄糖已經消耗了溶液中的大部分溶解氧，此時空氣中的氧氣溶解的速率等于葡萄糖消耗溶解氧的速率，溶液處于平衡狀態(tài)，溶解氧的濃度保持不變，指示劑已經被還原為亞甲基白。然后加快攪拌速度，溶解氧的濃度隨之增大，曲線開始上升。原平衡開始被打破，開始向生成亞甲基藍的方向移動。當溶解氧的濃度增大到1.2 mg/L左右時，已經可以看到溶液變?yōu)榈{色。繼續(xù)攪拌，溶解氧濃度持續(xù)增大，溶液顏色也逐漸加深。當溶解氧的濃度增大到1.5 mg/L左右時，溶液變?yōu)樯钏{色。減慢攪拌速度，溶解氧濃度開始降低，溶液的顏色開始變淺。當溶解氧濃度等于1.2 mg/L左右時，藍色褪為無色。溶解氧濃度繼續(xù)降低到1.1 mg/L左右保持不變。至此，一個循環(huán)結束，一個振蕩周期大約經歷50 s.

而持續(xù)快速攪拌混合液（見圖3），溶解氧濃度會不斷上升，直到增大至接近6.0 mg/L后停止上升。此時距離本實驗所用蒸餾水的溶解氧含量8.2 mg/L還差2.2 mg/L.相應地，一個振蕩周期也延長到200 s左右。如果恢復到先前實驗的振蕩程度時，振蕩周期也就又回到了50 s左右。

四、結論

由此可見，在其他條件相同和有空氣存在時，“藍瓶子”實驗以溶解氧濃度為1.2 mg/L為界限。當溶解氧濃度大于1.2 mg/L時，混合液顯藍色，小于此濃度時，褪為無色。振蕩程度越劇烈，持續(xù)時間越長，那么溶解氧的濃度就越大，溶液藍色就越深，振蕩周期也就越長。所以在做“藍瓶子”實驗時，可以通過調整振蕩混合液的劇烈程度和時間的長短來控制振蕩周期和藍色的深淺，以使實驗達到最佳效果。

[參 考 文 獻]

[1]熊言林，王闖.藍瓶子實驗最佳反應條件的探究.化學教學[J]2010，（10）：16—18.