利用數字化實驗探究“藍瓶子”實驗的影響因素*
——以堿的濃度對其影響為例

沈小祥

（江蘇省如東高級中學江蘇如東226400）

利用數字化實驗探究“藍瓶子”實驗的影響因素*
——以堿的濃度對其影響為例

沈小祥

（江蘇省如東高級中學江蘇如東226400）

“藍瓶子”實驗是一個趣味實驗，該實驗中最佳容積選擇、反應溫度、氫氧化鈉的用量等因素都會影響其實驗現象，該實驗旨在利用數字化實驗，采用控制變量的方法研究不同濃度的氫氧化鈉溶液對“藍瓶子”實驗振蕩周期長短的影響，讓學生更直觀地感受“藍瓶子”實驗，激發學生學習化學的興趣和培養嚴謹的科學研究方法。

“藍瓶子”實驗;數字化實驗;亞甲基藍;振蕩周期

“藍瓶子”實驗是一個趣味實驗，學生已經在必修一學習了氧化還原反應，對氧化還原的過程有一定的了解，而且他們在化學反應原理這一本書中也已經學習了化學平衡及其影響因素，這為實驗原理的理解和影響因素的實驗探究打下良好的知識基礎；學生已經初步了解到實驗中的控制變量法，但還有待在實驗中更好地體會。在數據庫中以“藍瓶子”為關鍵詞搜索，共發現相關文獻16篇，但大多是關于藍瓶子反應最佳條件探究、圍繞藍瓶子實驗設計教學案例和實驗拓展等方面，均是利用錐形瓶或試管完成的，且沒有找到一篇關于數字化實驗方面的相關研究[1］[2］。數字化實驗在我國雖然已經開展多年，但是在像我們這樣的縣域中學才開展不久，學生迫切想了解這一領域的相關知識，本實驗旨在利用數字化實驗完成采用控制變量的方法研究不同濃度的氫氧化鈉溶液對“藍瓶子”實驗的影響，讓學生更直觀地感受“藍瓶子”實驗的樂趣，同時若開展學生實驗，也能提升學生實驗技能，有助于后繼各種實驗的學習。

一、實驗儀器、藥品及用品

試管、量筒（3只）、兩套色度傳感器（含比色皿）、電腦、數據采集器、30mL針筒注射器針頭（2枚）、增氧泵（經測算工作時每秒鼓出空氣約5mL）、0.2%的亞甲基藍溶液、0.5mol/L葡萄糖溶液、2mol/LNaOH溶液、8mol/LNaOH溶液。

二、實驗裝置

如圖1所示連接好相關儀器。

圖1

三、實驗原理

亞甲基藍是一種氧化還原指示劑，其氧化型呈藍色，還原型呈無色。

氧化型（藍色）+ne-■■■■還原型（無色）

總反應為

將葡萄糖的堿性溶液放在試管中，滴加亞甲基藍指示劑，溶液呈藍色；靜置一段時間，由于亞甲基藍被葡萄糖還原轉化為還原型，溶液褪色；振蕩后，溶液上方的氧氣進入溶液，亞甲基藍又轉化為氧化型，溶液又呈藍色。在振蕩與靜置之間，溶液中的氧氣的量發生變化，溶液的顏色也隨之變化，直至溶液中的葡萄糖或瓶中的氧氣被耗盡。這種現象又稱為亞甲基藍的化學振蕩。由藍色出現至變成無色所需要的時間稱之為振蕩周期，振蕩周期的長短受反應條件如亞甲基藍溶液的最佳容積選擇、反應溫度、氫氧化鈉的用量等因素的影響[3］。

根據以上實驗原理，不難發現氫氧化鈉的濃度對實驗有很大的影響，本實驗旨在研究其他條件相同時，不同濃度的氫氧化鈉溶液對振蕩周期的影響。研究方法是利用色度傳感器可以捕捉到透光率的下降的信號，描繪出曲線，從而更直觀地了解該反應。

四、實驗步驟及現象

實驗前準備：用10mL量筒量取1mL濃度為2mol/L的NaOH溶液,用另一只10mL量筒量取1mL濃度為8mol/L的NaOH溶液，備用。接下來利用數字化實驗完成不同濃度的氫氧化鈉溶液對“藍瓶子”實驗的影響的實驗探究。

①如圖1連接好電腦與色度傳感器，打開SWRiLabV8.0信息化數字軟件，將30mL針筒注射針頭分別插入兩個色度傳感器并接上同一個增氧泵，新建一個實驗模板，選擇紅色通道，若透光率不是100%，校準色度傳感器，將空透明比色皿的透光率校準設為100%，選擇測定時間10分鐘，間隔1s采集一個數據。等待開始。

②向1號試管中加入10mL0.5mol/L葡萄糖溶液并滴入4滴0.2%亞甲基藍溶液，充分振蕩，將其中一半的溶液倒入2號試管中，向1號試管中加入1mL 2mol/L的NaOH溶液，振蕩后，快速向1號色度傳感器的比色皿中加入約2mL溶液，并放入色度傳感器內，蓋上蓋子；將2號試管中加入1mL 8mol/L的NaOH溶液，振蕩后，快速向2號色度傳感器的比色皿中加入約2mL溶液，并放入色度傳感器內，蓋上蓋子，點擊軟件上的開始按鈕，采集數據觀察曲線。

③待兩條曲線透光率均上升到100%平穩后，打開增氧泵通入空氣30秒，可觀察到透光率曲線再次下降至平緩，停止通入空氣后曲線又上升至透光率為100%，此時再次打開增氧泵通入空氣30秒，反復操作2-3次，觀察曲線。

④保存實驗。

五、實驗數據處理及結論

圖2

圖2 為實驗結果圖，從兩條曲線中可以觀察到氫氧化鈉溶液濃度較大時，平均反應速率更快（選定區域求導數，斜率更大），亞甲基藍的振蕩周期更短（使用軟件中的交叉參考線，計算時間長短，加入1mL 8mol/L的NaOH溶液的振蕩周期約為24s，加入1mL 2mol/L的NaOH溶液的振蕩周期約為74s）。

六、創新之處及特色

采用兩個校準后的色度傳感器同時測定不同氫氧化鈉溶液濃度條件下的振蕩周期，可以減少誤差；用增氧泵穩定的氣流向比色皿中通入空氣替代傳統實驗上的振蕩，可保證通入的空氣量相當，操作上更為嚴謹；從色度傳感器的圖像中可以選定某個區域進行求導，能直觀地觀察平均反應速率的快慢，通過使用交叉參考線可以計算和比較不同濃度的氫氧化鈉溶液條件下亞甲基藍變色的振蕩周期，避免了人工計時的麻煩和色覺誤差。本實驗無論是作為課堂演示實驗還是作為學生探究實驗,都能讓學生更直觀地感受探究實驗中的控制變量法，筆者認為此實驗的改進研究也完全符合新課程標準的理念，能夠充分激發學生的興趣并培養嚴謹的科學研究方法。

［1］張燕，韓金根.“藍瓶子”實驗拓展［J］.實驗教學研究，2008（10）:93

［2］［3］熊言林，王闖.藍瓶子實驗最佳反應條件的探究［J］.化學教學，2010（10）:16-17

1008-0546（2017）09-0069-03

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.023

*本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃課題“教育信息化與高中化學教學深度融合的實踐研究”（課題編號：C-c/2016/02/30）階段性成果之一；江蘇省中小學教學研究第十一期立項課題“基于提升學科理解的高中化學課例研究”（課題編號：2015JK11-L114）階段性成果之一。