紫甘藍色素變色實驗的設計
2014-10-17 00:58:56張小平張旻媛
化學教學 2014年6期
張小平+張旻媛
摘要：綜合表述了紫甘藍色素的變色原理圖。以紫甘藍汁作為酸堿指示劑設計實驗，在球型冷凝管中制成色彩炫麗的pH色柱，促進學生形成指示劑變色范圍的概念，在稀釋溶液和測定常見酸堿指示劑變色范圍的實驗中培養實驗者的動手能力，在設計判斷鹽酸滴定碳酸鈉終點現象的實驗中激發參與者的創新意識。
關鍵詞：紫甘藍色素；pH色柱；實驗設計
文章編號：1005–6629（2014）6–0050–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
現代教學要求教育者：注重創設學習的情景，以激發探究欲望，引導學生積極參與和體驗探究過程，有計劃、有步驟地培養學生的科學學習方法、科學探究能力和科學態度。從學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際出發，幫助學生認識化學與人類生活的密切關系[1]。因此，開發與學生生活經驗相匹配的化學課程是每一個化學教師的職責和使命。
紫甘藍，俗稱紫包菜、紅包菜，十字花科、蕓苔屬甘藍種中的一個變種。紫甘藍的營養豐富，尤以富含維生素C、較多的維生素E和維生素B族，以及豐富的花色素、黃酮、總多酚和膳食纖維等抗氧化性成分，備受人們的歡迎。
從紫甘藍中可以提取的一種天然色素---紫甘藍色素，它的性質比較穩定，能長期保存，其顏色隨溶液pH改變而發生鮮明的變化，并能準確地指示酸堿滴定終點，紫甘藍色素可作為一種天然的酸堿指示劑[2]。
1 紫甘藍色素變色原理
紫甘藍色素從化學結構分類上屬于花色苷類。花色苷是18種天然存在的花色素的糖苷化合物，為2-苯基苯并芘或黃鹽離子的多羥基以及多甲氧基衍生物。紫甘藍中所存在的花色苷均系由一些色素酰化多個葡萄糖基等，其中主要的結構式如圖1簡化所示[3]。
pH<3時，花色苷主要以紅色的黃钅羊鹽離子存在。3
豐富的化學現象和科學原理，它們既是我們教與學的資源，又是我們拓展和運用知識的場所。我們在酸堿指示劑的變色范圍的教學中，設計了紫甘藍酸堿指示劑的創新實驗，獲得了顯著的實驗現象，取得了良好的教學效果。
2 實驗用品
2.1 演示實驗用品
家用榨汁機，400-球形冷凝管，250 mL燒杯2只，鐵架臺，鐵夾
紫甘藍一顆（榨汁備用），1 mol/L HCl 200 mL，1 mol/L NaOH 200 mL，95%酒精100 mL
2.2 分組實驗用品
0.7 mL×9井穴板四只，5 mL×6井穴板二只，塑料滴管三支，中試管2支
紫甘藍汁50 mL，酚酞溶液30 mL，石蕊溶液30 mL，甲基橙溶液30 mL，1 mol/L HCl 50mL，1 mol/L NaOH 50 mL，飽和Na2CO3 50 mL，飽和NaHCO3溶液50 mL
3 實驗方案設計
3.1 pH色柱演示實驗
（1）將球形冷凝管下端塞好橡皮塞，豎直，從底部用注射器注入25 mL 0.1 mol/L NaOH溶液。
（2）在250 mL燒杯中加入25 mL 0.1 mol/L HCl和10 mL紫甘藍汁，溶液呈紅色。
（3）斜持冷凝管，在上部加入紅色的紫甘藍汁。
（根據混合后溶液顏色的變化，控制加液速度）
（4）豎直冷凝管，并固定在鐵架臺上。
剛開始加入溶液時，少量紅色的酸性液體與大量無色堿性溶液混合中和后，溶液仍為堿性，溶液呈黃色，然后隨著紅色的酸性液體不斷加入，溶液pH下降，溶液呈鮮艷的果綠色，接著是藍色、紫色，最上層的液體依然為紅色（如圖3）。實驗操作簡單，現象變幻一氣呵成，冷凝管獨特的造型和放大作用更增添了實驗的神秘色彩，這對于學生來說無疑是一種強大的視覺沖擊。
下列問題串會將觀察者轉變成思考者、積極的實驗者。
（1）冷凝管中的溶液有幾種顏色，為什么？
（2）混合時有化學反應發生嗎？
（3）從低到高，冷凝管中溶液的pH是升高還是降低，為什么？
（4）怎樣利用實驗桌上用品，測定不同顏色的紫甘藍汁所對應的pH？
3.2 測定常見指示劑變色范圍的分組實驗
[實驗1] 2人/組，分別稀釋1 mol/L HCl、1 mol/L NaOH溶液
（1）在兩只5 mL×6井穴板的每一個井穴中各滴入45滴蒸餾水。
（2）在1號井穴中加入5滴1 mol/L HCl，攪拌，得到pH=1的溶液。再取該溶液少量，向2號井穴滴5滴，攪拌，得到pH=2的溶液。依次操作得到pH=3、4、5、6的溶液。
（3）在1號井穴中加入5滴1 mol/L NaOH，攪拌，得到pH=13的溶液。再取該溶液少量，向2號井穴滴5滴，攪拌，得pH=12的溶液。依次操作得到pH=11、10、9、8溶液。
[實驗2]兩組合作（四人）測定紫甘藍汁、酚酞溶液、石蕊溶液、甲基橙溶液變色范圍
（1）根據兩只成一排的0.7 mL×9井穴板的井穴間距，在四張白紙條上寫上pH標簽，分別是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14。
（2）向0.7 mL×9井穴板中對應pH標簽的井穴滴入10滴對應的溶液。
（3）分別滴入2滴紫甘藍汁、酚酞溶液、石蕊溶液、甲基橙溶液。觀察溶液顏色，投影展示。
由于稀釋實驗的精度不夠，學生操作時液滴的體積大小不一，結果可能誤差較大。最后應展示較精確測定的實驗結果。
制作簡易的紫甘藍色素對比色階柱的意義，不僅在于發現紫甘藍色素變色范圍，而且能為酸、堿性溶液混合時的變化提供直接的視覺感受，從而激發實驗者的思維和想象。
3.3 創新應用型實驗設計
Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸，先生成NaHCO3，然后才生成CO2，是真的嗎？
a.取兩支試管，一支加入5 mL飽和Na2CO3溶液，另一支加入5 mL飽和NaHCO3溶液，再各加5滴紫甘藍汁，振蕩，溶液分別呈綠色、藍色。
b.逐滴加入0.1 mol/L HCl溶液于盛有Na2CO3溶液試管的上端內壁。旋轉試管，讓酸液緩緩溶入Na2CO3溶液，上層溶液由綠轉青再轉藍。
c.稍振蕩，擴大藍色溶液體積后，再快速加酸，上層溶液呈紫紅色。
d.振蕩，只有上層呈紫紅色溶液中有大量氣泡放出。
實驗證明了飽和Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸，先生成NaHCO3，然后才生成CO2。
即使是將稀鹽酸直接滴入飽和Na2CO3溶液中，因為局部酸過量而有氣泡產生，但氣泡周圍溶液中紫甘藍色素的顏色變化，也能因這一過程展示無疑。
4 結束語
以紫甘藍汁作為酸堿指示劑，在球型冷凝管中制成的色彩炫麗的pH色柱，充分展現了化學在物質世界運動變化中的節奏感和韻律感，給學生以旋律美的體驗，將生活中普遍存在的酸、堿中和的化學原理以美的形式傳達于實驗者和觀察者。
紫甘藍汁是生活中很容易找到的酸堿指示劑，當激發起學生探索的欲望后，動手就是非常方便的事。諸如飽和Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸等實驗中，奇妙的、不斷發生著的化學現象變化，不僅帶給學生豐富的視覺享受，也能幫助他們解答考試中的典型習題。動手做實驗更能激活他們的創造性思維和想象力，促使他們形成持久學習化學的動力。紫甘藍色素變色原理中的平衡原理、官能團性質等化學知識將被學生一一了解，化學教育的價值可以惠及每一個受教育者。
參考文獻：
[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準[S].北京：人民教育出版社，2003：1～2.
[2]盧玉振，袁勛模[J].貴州科學，1996，14（3）：53～57.
[3]耿啟彬等.天然植物紫甘藍中色素提取及其功能應用初步探究[J].南方醫科大學，2010，（5）：2～16.
[4]達莫達蘭（Damodaran. S）著.江波等譯.食品化學（第四版）[M].北京：中國輕工業出版社，2013：555～556.
[5][6]馬自超，龐業珍.天然食用色素化學及生產工藝學[M].北京：中國林業出版社，1994：18.
由于稀釋實驗的精度不夠，學生操作時液滴的體積大小不一，結果可能誤差較大。最后應展示較精確測定的實驗結果。
制作簡易的紫甘藍色素對比色階柱的意義，不僅在于發現紫甘藍色素變色范圍，而且能為酸、堿性溶液混合時的變化提供直接的視覺感受，從而激發實驗者的思維和想象。
3.3 創新應用型實驗設計
Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸，先生成NaHCO3，然后才生成CO2，是真的嗎？
a.取兩支試管，一支加入5 mL飽和Na2CO3溶液，另一支加入5 mL飽和NaHCO3溶液，再各加5滴紫甘藍汁，振蕩，溶液分別呈綠色、藍色。
b.逐滴加入0.1 mol/L HCl溶液于盛有Na2CO3溶液試管的上端內壁。旋轉試管，讓酸液緩緩溶入Na2CO3溶液，上層溶液由綠轉青再轉藍。
c.稍振蕩，擴大藍色溶液體積后，再快速加酸，上層溶液呈紫紅色。
d.振蕩，只有上層呈紫紅色溶液中有大量氣泡放出。
實驗證明了飽和Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸，先生成NaHCO3，然后才生成CO2。
即使是將稀鹽酸直接滴入飽和Na2CO3溶液中，因為局部酸過量而有氣泡產生，但氣泡周圍溶液中紫甘藍色素的顏色變化，也能因這一過程展示無疑。
4 結束語
以紫甘藍汁作為酸堿指示劑，在球型冷凝管中制成的色彩炫麗的pH色柱，充分展現了化學在物質世界運動變化中的節奏感和韻律感，給學生以旋律美的體驗，將生活中普遍存在的酸、堿中和的化學原理以美的形式傳達于實驗者和觀察者。
紫甘藍汁是生活中很容易找到的酸堿指示劑，當激發起學生探索的欲望后，動手就是非常方便的事。諸如飽和Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸等實驗中，奇妙的、不斷發生著的化學現象變化，不僅帶給學生豐富的視覺享受，也能幫助他們解答考試中的典型習題。動手做實驗更能激活他們的創造性思維和想象力，促使他們形成持久學習化學的動力。紫甘藍色素變色原理中的平衡原理、官能團性質等化學知識將被學生一一了解，化學教育的價值可以惠及每一個受教育者。
參考文獻：
[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準[S].北京：人民教育出版社，2003：1～2.
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[4]達莫達蘭（Damodaran. S）著.江波等譯.食品化學（第四版）[M].北京：中國輕工業出版社，2013：555～556.
[5][6]馬自超，龐業珍.天然食用色素化學及生產工藝學[M].北京：中國林業出版社，1994：18.
由于稀釋實驗的精度不夠，學生操作時液滴的體積大小不一，結果可能誤差較大。最后應展示較精確測定的實驗結果。
制作簡易的紫甘藍色素對比色階柱的意義，不僅在于發現紫甘藍色素變色范圍，而且能為酸、堿性溶液混合時的變化提供直接的視覺感受，從而激發實驗者的思維和想象。
3.3 創新應用型實驗設計
Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸，先生成NaHCO3，然后才生成CO2，是真的嗎？
a.取兩支試管，一支加入5 mL飽和Na2CO3溶液，另一支加入5 mL飽和NaHCO3溶液，再各加5滴紫甘藍汁，振蕩，溶液分別呈綠色、藍色。
b.逐滴加入0.1 mol/L HCl溶液于盛有Na2CO3溶液試管的上端內壁。旋轉試管，讓酸液緩緩溶入Na2CO3溶液，上層溶液由綠轉青再轉藍。
c.稍振蕩，擴大藍色溶液體積后，再快速加酸，上層溶液呈紫紅色。
d.振蕩，只有上層呈紫紅色溶液中有大量氣泡放出。
實驗證明了飽和Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸，先生成NaHCO3，然后才生成CO2。
即使是將稀鹽酸直接滴入飽和Na2CO3溶液中，因為局部酸過量而有氣泡產生，但氣泡周圍溶液中紫甘藍色素的顏色變化，也能因這一過程展示無疑。
4 結束語
以紫甘藍汁作為酸堿指示劑，在球型冷凝管中制成的色彩炫麗的pH色柱，充分展現了化學在物質世界運動變化中的節奏感和韻律感，給學生以旋律美的體驗，將生活中普遍存在的酸、堿中和的化學原理以美的形式傳達于實驗者和觀察者。
紫甘藍汁是生活中很容易找到的酸堿指示劑，當激發起學生探索的欲望后，動手就是非常方便的事。諸如飽和Na2CO3溶液中逐滴加入稀鹽酸等實驗中，奇妙的、不斷發生著的化學現象變化，不僅帶給學生豐富的視覺享受，也能幫助他們解答考試中的典型習題。動手做實驗更能激活他們的創造性思維和想象力，促使他們形成持久學習化學的動力。紫甘藍色素變色原理中的平衡原理、官能團性質等化學知識將被學生一一了解，化學教育的價值可以惠及每一個受教育者。
參考文獻：
[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準[S].北京：人民教育出版社，2003：1～2.
[2]盧玉振，袁勛模[J].貴州科學，1996，14（3）：53～57.
[3]耿啟彬等.天然植物紫甘藍中色素提取及其功能應用初步探究[J].南方醫科大學，2010，（5）：2～16.
[4]達莫達蘭（Damodaran. S）著.江波等譯.食品化學（第四版）[M].北京：中國輕工業出版社，2013：555～556.
[5][6]馬自超，龐業珍.天然食用色素化學及生產工藝學[M].北京：中國林業出版社，1994：18.
