藍瓶子實驗最佳反應條件的探究

文章編號:1005-6629(2010)10-0016-03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:C

在新課標教科書中設計了有關亞甲藍與葡萄糖反復變色的學生實驗，為獲得理想的實驗效果，筆者主要從亞甲藍溶液的反應溫度﹑氫氧化鈉的最佳用量2個方面對該實驗最佳反應條件進行了探究。

1實驗目的

(1)理解藍瓶子反復變色實驗的原理以及催化劑的概念。

(2)探究藍瓶子反復變色實驗的最佳反應條件，學習觀察方法和對比實驗法。

(3)了解控制化學反應條件的作用，并由此激發學生學習化學的興趣，培養學生創新意識。

2實驗原理

亞甲藍是一種氧化還原指示劑，易溶于水，能溶于乙醇。在堿性條件下，盛放在錐形瓶中的藍色的亞甲藍溶液可以被葡萄糖還原成無色的亞甲白溶液。亞甲藍與亞甲白的結構式[1]分別如圖1和圖2所示:

振蕩錐形瓶中的混合液時，使其溶入空氣或氧氣后，亞甲白被氧氣氧化成亞甲藍，致使該混合液又呈現藍色。若靜置混合液，亞甲藍又被葡萄糖還原成無色的亞甲白。如此反復振蕩、靜置錐形瓶，其混合液在藍色與無色之間互變，故稱為藍瓶子實驗。其變色原理[2]為:

這種現象又稱為亞甲藍的化學振蕩。由藍色出現至變成無色所需要的時間稱之為振蕩周期[3]，振蕩周期的長短受反應條件如亞甲藍溶液的最佳溶劑選擇﹑反應溫度﹑氫氧化鈉的用量等因素的影響。其中，亞甲藍在葡萄糖與氧氣反應中起著催化作用。

3實驗用品

葡萄糖，氫氧化鈉，亞甲藍溶液(濃度0.2 %)， 蒸餾水;250 mL錐形瓶5只，20 mm×200 mm試管5支，溫度計5支，單孔橡皮塞5只，500 mL燒杯，計時器，托盤天平，100 mL量筒，石棉網，酒精燈，三腳架。

4實驗裝置

藍瓶子反復變色實驗裝置如圖3所示。

5實驗探究

5.1探究反應溫度對藍瓶子反復變色實驗的影響

(1)在一個250 mL的錐形瓶中，依次加入2g氫氧化鈉﹑100 mL水﹑3 g葡萄糖，待固體溶解后，再滴加5滴0.2 %的亞甲藍溶液(溶劑為蒸餾水)，并振蕩錐形瓶，靜置，混合液由藍色褪為無色。

(2)將混合液分別倒入5支潔凈的試管中，倒入的體積均為試管容積的1/3，然后塞上帶有溫度計的橡皮塞，將裝有混合液的試管放入裝有水的大燒杯中，進行水浴加熱，水浴溫度分別控制在15 ℃﹑20 ℃﹑25 ℃﹑30 ℃﹑35 ℃，待試管內的混合液溫度達到規定溫度時，取出、劇烈振蕩試管，放回試管，觀察現象，記錄褪色時間(見表1所示)。

實驗現象和結果分析:亞甲藍溶液經劇烈振蕩、靜置后，混合液的顏色都由無色變為藍色，然后褪為無色，但是褪色的時間各不相同。由表2可以看出，在其他反應條件相同的情況下，隨著反應溫度的升高，反應速度加快，褪色時間縮短。

5.2探究氫氧化鈉的用量對藍瓶子反復變色實驗的影響

(1)在5個潔凈的250 mL的錐形瓶中，各依次加入0.5 g﹑1.0 g﹑1.5 g﹑2.0 g、2.5 g氫氧化鈉，再向每個錐形瓶中加入100 mL水﹑3 g葡萄糖，待固體溶解后，再向其中滴加5滴0.2 %的亞甲藍溶液(溶劑均為蒸餾水)，并振蕩錐形瓶，靜置，混合液均由藍色褪為無色。

(2)將上述5個錐形瓶中的混合液分別倒入5支試管，混合液的體積為試管容積的1/3，并分別塞上帶有溫度計的橡皮塞，把5支試管分別置于15 ℃的水浴中，待試管內的混合液溫度達到15 ℃時，取出、劇烈振蕩試管，放回試管，觀察現象，記錄褪色時間;同理，然后分別做水浴溫度為20 ℃﹑25 ℃﹑30 ℃的混合液褪色時間(見表2所示)。

實驗現象和結果分析:亞甲藍溶液經劇烈振蕩、靜置后，混合液的顏色都由無色變為藍色，然后褪為無色，但是褪色的時間各不相同。由表3可以看出，在其它反應條件相同的情況下，隨著氫氧化鈉的用量的增加，反應速度加快，褪色時間縮短。

6 實驗結論與討論

(1)亞甲藍和葡萄糖混合液在堿性條件下經劇烈振蕩、靜置后均褪色，但褪色時間的長短都受溶劑的不同、氫氧化鈉的用量多少以及實驗溫度高低的影響。

(2)在本實驗中，配制亞甲藍溶液的溶劑用蒸餾水，但為了降低實驗成本，也可用自來水配制所有溶液，而且不影響實驗結果。本實驗既可以作為教師的演示實驗，也可作為學生的探究性實驗。從表3中可以看出，若室溫在25 ℃左右時，作為教師的演示實驗，建議選擇氫氧化鈉的用量為2.5 g的反應條件，因為課堂教學時間緊，要求演示實驗時間不宜過長;作為學生的探究性實驗，建議選擇氫氧化鈉的用量為1.0 g的反應條件，因為在此反應條件下，反應時間比較長，學生會更好地對實驗進行控制、測量、思考與探究，而且實驗安全，又降低實驗成本，從而達到理想的化學教學效果。若室溫低于20 ℃時， 實驗時應要進行熱水浴(溫度為25 ℃);若室溫達到30 ℃左右時，實驗時應減少氫氧化鈉的用量(為0.5 g)或進行冷水浴(溫度為25 ℃)，這樣才能順利進行教師演示實驗和學生實驗。

(3)本實驗中看到的顏色變化是由于亞甲藍進行可逆的氧化還原反應的緣故。在其他反應條件相同和有空氣或氧氣存在時，混合液褪色所需時間很大程度上取決于混合液被振蕩的程度大小，因為溶入的氧氣的量是不同的。所以在本實驗中，要控制混合液被振蕩的時間和程度應相同。值得注意的是，在本實驗條件下，混合液最終呈現黃棕色，通入空氣或振蕩時，均不能使之回復藍色。這是由于葡萄糖在強堿條件下形成的雙鍵在不同位置的烯醇式或碳鍵斷裂分解為醛，醛經過聚合后生成樹脂狀的物質[4]。一旦混合液變為棕色時，應要倒掉，因為它不再能用于闡明其催化作用。

參考文獻:

[1]周公度主編. 化學辭典[M]. 北京:化學工業出版社，2006:345.

[2]曹金朋. MB-SiMo-OP光度法測定水中痕量活性二氧化硅的研究[J]. 北京化工大學學報(自然科學版)，2005，(6):105～109.

[3]人民教育出版社化學室. 全日制普通高級中學教科書·實驗化學(選修6)[S].北京:人民教育出版社，2007:5～6.

[4]熊言林. 一個激趣啟思的化學實驗設計——亞甲基藍反復變色的實驗[J]. 化學教育，2005，(2):37～38.