蓝瓶子实验最佳条件的探究 [蓝瓶子实验最佳反应条件的探究]
时间：2019-02-05 03:31:10 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文章编号:1005-6629(2010)10-0016-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:C 在新课标教科书中设计了有关亚甲蓝与葡萄糖反复变色的学生实验,为获得理想的实验效果,笔者主要从亚甲蓝溶液的反应温度�氢氧化钠的最佳用量2个方面对该实验最佳反应条件进行了探究。
1实验目的
(1)理解蓝瓶子反复变色实验的原理以及催化剂的概念。
(2)探究蓝瓶子反复变色实验的最佳反应条件,学习观察方法和对比实验法。
(3)了解控制化学反应条件的作用,并由此激发学生学习化学的兴趣,培养学生创新意识。
2实验原理
亚甲蓝是一种氧化还原指示剂,易溶于水,能溶于乙醇。在碱性条件下,盛放在锥形瓶中的蓝色的亚甲蓝溶液可以被葡萄糖还原成无色的亚甲白溶液。亚甲蓝与亚甲白的结构式[1]分别如图1和图2所示:
振荡锥形瓶中的混合液时,使其溶入空气或氧气后,亚甲白被氧气氧化成亚甲蓝,致使该混合液又呈现蓝色。若静置混合液,亚甲蓝又被葡萄糖还原成无色的亚甲白。如此反复振荡、静置锥形瓶,其混合液在蓝色与无色之间互变,故称为蓝瓶子实验。其变色原理[2]为:
这种现象又称为亚甲蓝的化学振荡。由蓝色出现至变成无色所需要的时间称之为振荡周期[3],振荡周期的长短受反应条件如亚甲蓝溶液的最佳溶剂选择�反应温度�氢氧化钠的用量等因素的影响。其中,亚甲蓝在葡萄糖与氧气反应中起着催化作用。
3实验用品
葡萄糖,氢氧化钠,亚甲蓝溶液(浓度0.2 %), 蒸馏水;250 mL锥形瓶5只,20 mm×200 mm试管5支,温度计5支,单孔橡皮塞5只,500 mL烧杯,计时器,托盘天平,100 mL量筒,石棉网,酒精灯,三脚架。
4实验装置
蓝瓶子反复变色实验装置如图3所示。
5实验探究
5.1探究反应温度对蓝瓶子反复变色实验的影响
(1)在一个250 mL的锥形瓶中,依次加入2g氢氧化钠�100 mL水�3 g葡萄糖,待固体溶解后,再滴加5滴0.2 %的亚甲蓝溶液(溶剂为蒸馏水),并振荡锥形瓶,静置,混合液由蓝色褪为无色。
(2)将混合液分别倒入5支洁净的试管中,倒入的体积均为试管容积的1/3,然后塞上带有温度计的橡皮塞,将装有混合液的试管放入装有水的大烧杯中,进行水浴加热,水浴温度分别控制在15 ℃�20 ℃�25 ℃�30 ℃�35 ℃,待试管内的混合液温度达到规定温度时,取出、剧烈振荡试管,放回试管,观察现象,记录褪色时间(见表1所示)。
实验现象和结果分析:亚甲蓝溶液经剧烈振荡、静置后,混合液的颜色都由无色变为蓝色,然后褪为无色,但是褪色的时间各不相同。由表2可以看出,在其他反应条件相同的情况下,随着反应温度的升高,反应速度加快,褪色时间缩短。
5.2探究氢氧化钠的用量对蓝瓶子反复变色实验的影响
(1)在5个洁净的250 mL的锥形瓶中,各依次加入0.5 g�1.0 g�1.5 g�2.0 g、2.5 g氢氧化钠,再向每个锥形瓶中加入100 mL水�3 g葡萄糖,待固体溶解后,再向其中滴加5滴0.2 %的亚甲蓝溶液(溶剂均为蒸馏水),并振荡锥形瓶,静置,混合液均由蓝色褪为无色。
(2)将上述5个锥形瓶中的混合液分别倒入5支试管,混合液的体积为试管容积的1/3,并分别塞上带有温度计的橡皮塞,把5支试管分别置于15 ℃的水浴中,待试管内的混合液温度达到15 ℃时,取出、剧烈振荡试管,放回试管,观察现象,记录褪色时间;同理,然后分别做水浴温度为20 ℃�25 ℃�30 ℃的混合液褪色时间(见表2所示)。
实验现象和结果分析:亚甲蓝溶液经剧烈振荡、静置后,混合液的颜色都由无色变为蓝色,然后褪为无色,但是褪色的时间各不相同。由表3可以看出,在其它反应条件相同的情况下,随着氢氧化钠的用量的增加,反应速度加快,褪色时间缩短。
6 实验结论与讨论
(1)亚甲蓝和葡萄糖混合液在碱性条件下经剧烈振荡、静置后均褪色,但褪色时间的长短都受溶剂的不同、氢氧化钠的用量多少以及实验温度高低的影响。
(2)在本实验中,配制亚甲蓝溶液的溶剂用蒸馏水,但为了降低实验成本,也可用自来水配制所有溶液,而且不影响实验结果。本实验既可以作为教师的演示实验,也可作为学生的探究性实验。从表3中可以看出,若室温在25 ℃左右时,作为教师的演示实验,建议选择氢氧化钠的用量为2.5 g的反应条件,因为课堂教学时间紧,要求演示实验时间不宜过长;作为学生的探究性实验,建议选择氢氧化钠的用量为1.0 g的反应条件,因为在此反应条件下,反应时间比较长,学生会更好地对实验进行控制、测量、思考与探究,而且实验安全,又降低实验成本,从而达到理想的化学教学效果。若室温低于20 ℃时, 实验时应要进行热水浴(温度为25 ℃);若室温达到30 ℃左右时,实验时应减少氢氧化钠的用量(为0.5 g)或进行冷水浴(温度为25 ℃),这样才能顺利进行教师演示实验和学生实验。
(3)本实验中看到的颜色变化是由于亚甲蓝进行可逆的氧化还原反应的缘故。在其他反应条件相同和有空气或氧气存在时,混合液褪色所需时间很大程度上取决于混合液被振荡的程度大小,因为溶入的氧气的量是不同的。所以在本实验中,要控制混合液被振荡的时间和程度应相同。值得注意的是,在本实验条件下,混合液最终呈现黄棕色,通入空气或振荡时,均不能使之回复蓝色。这是由于葡萄糖在强碱条件下形成的双键在不同位置的烯醇式或碳键断裂分解为醛,醛经过聚合后生成树脂状的物质[4]。一旦混合液变为棕色时,应要倒掉,因为它不再能用于阐明其催化作用。
参考文献:
[1]周公度主编. 化学辞典[M]. 北京:化学工业出版社,2006:345.
[2]曹金朋. MB-SiMo-OP光度法测定水中痕量活性二氧化硅的研究[J]. 北京化工大学学报(自然科学版),2005,(6):105～109.
[3]人民教育出版社化学室. 全日制普通高级中学教科书・实验化学(选修6)[S].北京:人民教育出版社,2007:5～6.
[4]熊言林. 一个激趣启思的化学实验设计――亚甲基蓝反复变色的实验[J]. 化学教育,2005,(2):37～38.
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