高中化學(xué)課外實(shí)踐

本文我們探討了用植物自制酸堿指示劑的可行性及其在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。首先，分析了植物中天然色素與酸堿反應(yīng)的特性，設(shè)計(jì)了教學(xué)案例并組織學(xué)生開展實(shí)踐活動(dòng)。其次，研究并詳細(xì)描述了以四季秋海棠、玫瑰花等為原料制作指示劑的步驟，并測試自制指示劑的變色范圍。最后，評估了自制指示劑在教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用效果。

通過課外實(shí)驗(yàn)將化學(xué)引入生活，觀察生活中的物質(zhì)怎樣隨環(huán)境的酸堿變化而發(fā)生變化。在酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)中，酸堿指示劑發(fā)揮著重要作用，它能夠通過顏色變化直觀地反映溶液的酸堿性。在分組實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以看到酚酞、甲基橙、石蕊的不同變色及變色范圍。

一、用植物制作酸堿指示劑的可行性分析

（一）植物中的天然色素與酸堿的反應(yīng)

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，酸堿指示劑發(fā)揮著重要的作用，它能夠通過顏色變化直觀地反映出化學(xué)環(huán)境的酸堿性。為了提高學(xué)生對化學(xué)的興趣，增強(qiáng)化學(xué)與生活的聯(lián)系，教師可引導(dǎo)學(xué)生對用植物制成的酸堿指示劑的可行性進(jìn)行分析，重點(diǎn)關(guān)注植物中的天然色素與酸堿反應(yīng)的關(guān)系，以及這些色素在酸堿環(huán)境中的顏色變化。

首先，我們需要了解植物中的天然色素。這些色素不僅賦予植物豐富多彩的顏色，還具有獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)。在眾多的植物色素中，花青素、黃酮類化合物和類胡蘿卜素等是常見的具有指示劑功能的天然色素。這些色素分子結(jié)構(gòu)中的共軛雙鍵系統(tǒng)使其能夠吸收特定波長的光，從而展現(xiàn)出特定的顏色。而當(dāng)這些色素處于不同的酸堿環(huán)境中時(shí)，它們的分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致吸收光的波長發(fā)生改變，進(jìn)而引起顏色的變化。

經(jīng)網(wǎng)絡(luò)查詢資料后，我們選擇了多種生活中常見的蔬菜瓜果作為備選材料。

紅蘿卜皮特別是紫皮和紅皮蘿卜的表皮含有花青素和蘿卜紅，可以用來制作指示劑。將表皮加入適量的95%或50%的酒精，得到的溶液遇酸會(huì)呈現(xiàn)紅色（大紅到橘紅），遇堿則呈現(xiàn)藍(lán)色到草綠或黃綠色，中性溶液中呈淡紫色。紫甘藍(lán)葉片中的花青素色素也可以用作酸堿指示劑，其顏色變化范圍廣泛，適用于不同pH值的檢測。玫瑰花、牽牛花、四季秋海棠、三角梅花瓣含有豐富的色素，可以提取出來制作酸堿指示劑。它在不同酸堿度的溶液中會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色。葡萄、茄子皮、紫甘薯、藍(lán)莓中的色素也可以用作酸堿指示劑，其顏色變化與溶液的酸堿性密切相關(guān)。此外，血橙、紅球甘藍(lán)、櫻桃、紅橙、紅莓、草莓、桑葚、山楂皮、紫蘇、黑（紅）米等植物的某些部分（如花瓣、果實(shí)、葉片等）也含有可用于制作酸堿指示劑的色素。

比較來看，花青素是一種典型的水溶性天然色素。在酸性環(huán)境中，花青素呈現(xiàn)出紅色或紫色，而在堿性環(huán)境中則轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色或綠色。這種顏色變化的可逆性和敏感性使得花青素成為一種理想的首選酸堿指示劑。通過提取植物中的花青素，并經(jīng)過適當(dāng)?shù)丶兓幚恚覀兛梢缘玫揭环N具有實(shí)用價(jià)值的植物酸堿指示劑。

我們對用植物制成的酸堿指示劑的可行性進(jìn)行分析。從理論角度來看，植物中的天然色素具有與合成指示劑相似的酸堿響應(yīng)機(jī)制。這意味著在適當(dāng)?shù)臈l件下，植物色素可以替代傳統(tǒng)的合成指示劑用于酸堿滴定等化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（二）用植物自制酸堿指示劑的優(yōu)勢與局限性

用植物自制酸堿指示劑的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，來源廣泛且易于獲取。許多常見的植物，如玫瑰花、杜鵑花，胡蘿卜等，都可作為自制酸堿指示劑的原料，這些植物在學(xué)校或家庭環(huán)境中都能輕松找到，大大降低了實(shí)驗(yàn)的門檻。其次，自制過程富有教育意義。通過親手制作酸堿指示劑，學(xué)生能夠更深入地理解酸堿反應(yīng)的原理，提升對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣和參與度。此外，自制酸堿指示劑還具有環(huán)保性。與市售指示劑相比，用植物自制指示劑無需復(fù)雜的化學(xué)合成過程，能減少對環(huán)境的污染。而且，通過生活中常見的植物制取化學(xué)試劑、進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)、觀察反應(yīng)現(xiàn)象，可以增強(qiáng)化學(xué)與生活的聯(lián)系，使化學(xué)以一種更溫馨、柔和的方式貼近學(xué)生的日常生活，提升學(xué)生探索科學(xué)知識(shí)與科學(xué)規(guī)律的興趣。

然而，用植物自制酸堿指示劑也存在一定的局限性。首先，其穩(wěn)定性較差。由于植物中的色素成分復(fù)雜，自制指示劑在長期的保存過程中容易發(fā)生顏色變化或沉淀，影響其準(zhǔn)確性和可靠性。其次，自制指示劑的顏色變化范圍可能較窄，不如市售指示劑那樣顏色變化豐富多彩，這在某些需要精確判斷酸堿度的實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)受到限制。此外，自制過程中的操作誤差也可能導(dǎo)致指示劑的性能不穩(wěn)定。例如，提取植物色素時(shí)的溫度、時(shí)間等條件控制不當(dāng)，都可能影響最終產(chǎn)品的品質(zhì)。

與市售酸堿指示劑相比，用植物自制的酸堿指示劑在來源、教育意義和環(huán)保性方面具有明顯優(yōu)勢，但在穩(wěn)定性、顏色變化范圍和操作便捷性方面則存在一定的局限。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需求和環(huán)境條件來選擇合適的酸堿指示劑。例如，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，自制的植物酸堿指示劑因其富有教育意義和環(huán)保性而受到青睞；而在科研或工業(yè)生產(chǎn)中，則更傾向于使用性能穩(wěn)定、顏色變化豐富的市售指示劑。

綜上所述，用植物自制酸堿指示劑作為一種獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)，具有一定的可行性和實(shí)驗(yàn)價(jià)值。通過研究植物中天然色素的種類、化學(xué)性質(zhì)及其在酸堿環(huán)境中的變化規(guī)律，選取多種植物為樣本進(jìn)行操作，不僅有助于豐富化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，還為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力提供了有力支持。

二、用玫瑰花、四季秋海棠花、三角梅制作酸堿指示劑

（一）材料的采集與處理

在眾多可供選擇的植物中，（學(xué)生大部分都是農(nóng)村住校生，經(jīng)濟(jì)條件有限，而且校園內(nèi)獲取蔬菜的難度較大，再加上水果的價(jià)格又高。）選擇我校校園中常見的幾種花材作為制作酸堿指示劑的材料最為合適。玫瑰花、四季秋海棠花、三角梅這三種鮮花都是鮮紅色，富含花青素，正好進(jìn)行不同植物中花青素含量及性質(zhì)的比較。本次實(shí)驗(yàn)在深秋時(shí)節(jié)進(jìn)行，花朵均可在校園內(nèi)采摘獲得，且用量不大，不會(huì)破壞校園環(huán)境。學(xué)生先選擇新鮮且未受病蟲害的花朵作為原料，每種花材采摘十五至二十朵，采摘后，應(yīng)盡快進(jìn)行處理，以防花朵變質(zhì)。處理步驟包括去除花朵中的雜質(zhì)，如花萼、花柄等，僅保留花瓣部分。隨后，將花瓣用清水沖洗干凈，并晾干。或用紙巾輕輕吸干水分，以備后續(xù)使用。

（二）提取液的選擇與提取流程

在自制酸堿指示劑的過程中，需要多種不同的溶劑來提取花瓣中的有效成分，如水、酒精等。考慮到提取效果與安全性，本實(shí)驗(yàn)中分別選擇水、無水乙醇作為提取液。提取流程如下：將處理好的花瓣放入研缽中，加入適量水或無水乙醇，然后充分研磨花瓣至糊狀。研磨過程中要注意力度均勻，以充分破壞細(xì)胞壁，釋放出色素。其中，四季秋海棠最易研磨，因其花瓣富含水分，很柔軟，輕輕研磨就會(huì)出汁水色素。玫瑰花瓣富有韌性，可以先用剪刀剪小后再研磨。三角梅的花瓣含水量最低，可以先剪碎，后稍加水再研磨。最后將研磨后的混合物倒入廣口試劑瓶中，用水或者無水乙醇浸泡2個(gè)小時(shí)后過濾，以去除花瓣殘?jiān)玫匠吻宓奶崛∫骸榱颂岣咛崛⌒Ч梢钥刂铺崛∫旱牧浚蜓娱L、縮短浸泡時(shí)間，直至提取液的顏色達(dá)到預(yù)期深度。

在提取過程中，我們需要注意以下幾點(diǎn)：一是要確保提取環(huán)境的清潔與干燥，以免影響提取效果；二是要控制好提取液與花瓣的比例，以保證提取效果的均勻性；三是在過濾過程中要使用細(xì)密的濾紙，以確保提取液的澄清度。三種植物提取液中，四季秋海棠提取液的顏色最為鮮亮，是明媚的玫紅色；紅色玫瑰花的提取液是淡淡的粉色；三角梅的提取液顏色則呈現(xiàn)黃綠色。

（三）指示劑配制與保存

將提取液用濾紙過濾后，轉(zhuǎn)移到細(xì)口試劑瓶中保存，分裝在6個(gè)瓶子中，注明花材及提取溶劑。可以明顯看出用無水乙醇提取出來的顏色更深。

為了提高色素溶液的穩(wěn)定性和保存期，我們可以加入適量的防腐劑，如苯甲酸鈉等。配制好的色素溶液應(yīng)存放在避光、密封的容器中，防止因受潮或光照而導(dǎo)致色素分解。因不同植物材料提取的色素成分和性質(zhì)可能有所不同，所以指示劑的顏色變化和靈敏度也會(huì)存在差異。因此，在使用自制指示劑時(shí)，我們需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇和調(diào)整，以獲得最佳的實(shí)驗(yàn)效果。

（四）指示劑的使用與現(xiàn)象

我們用制配好的以無水乙醇為提取劑的三種鮮花酸堿指示劑分別與酸堿進(jìn)行反應(yīng)，觀察顏色變化，看試劑的靈敏度與顯色是否明顯。

實(shí)驗(yàn)步驟：我們將四季秋海棠酸堿指示劑標(biāo)注為1號(hào)，玫瑰花酸堿指示劑標(biāo)注為2號(hào)，三角梅酸堿指示劑標(biāo)注為3號(hào)，分別取三支裝有0.1mol/L的鹽酸溶液跟三支裝有0.1mol/L的NaOH溶液的試管放在比色管架上，分別依次滴入1、2、3號(hào)酸堿指示劑。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：滴加1號(hào)指示劑的鹽酸溶液呈玫紅色，滴加2號(hào)指示劑的鹽酸溶液呈玫紅色，滴加3號(hào)指示劑的鹽酸溶液呈黃色。

滴加1號(hào)指示劑的NaOH溶液呈藍(lán)紫色，滴加2號(hào)指示劑的NaOH溶液呈藍(lán)綠色，滴加3號(hào)指示劑的NaOH溶液呈深黃綠色。

1號(hào)、2號(hào)酸堿指示劑顯色效果非常明顯，靈敏度也很高。特別是2號(hào)酸堿指示劑。本次通過植物制取酸堿指示劑實(shí)驗(yàn)成功。

通過上述步驟，可以利用花瓣成功制作出酸堿指示劑。通過自制酸堿指示劑的過程，學(xué)生還可以更加深入地了解溶解度的概念，及同一溶質(zhì)在不同溶劑當(dāng)中溶解度的不同，也可以了解到不同物質(zhì)的性質(zhì)會(huì)有所不同。

三、自制酸堿指示劑的變色范圍測試

（一）測試方法與結(jié)果

我們想在自制酸堿指示劑顯色實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上進(jìn)一步測試自制酸堿指示劑的變色范圍。我們著重探討了測試方法與標(biāo)準(zhǔn)。為了確保測試的準(zhǔn)確性和可靠性，我們精心創(chuàng)建了測試環(huán)境并制定了詳盡的測試流程。測試環(huán)境的搭建考慮到了溫度、濕度以及光線等外部因素對指示劑性能可能產(chǎn)生的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)條件的一致性。在測試流程方面，我們設(shè)計(jì)了多個(gè)環(huán)節(jié)，從指示劑的制備到其在不同pH值溶液中的反應(yīng)觀察，每一步都經(jīng)過精心策劃。

在指示功能的確定上，我們采用了數(shù)字化的pH傳感器來準(zhǔn)確測量溶液的酸堿度，并觀察指示劑在不同pH值下的顏色變化。在測試環(huán)節(jié)，在變色范圍的確定上，學(xué)生可以利用這些指示劑進(jìn)行酸堿滴定實(shí)驗(yàn)。在滴定過程中，用精密的pH傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測溶液pH值變化，學(xué)生需要仔細(xì)觀察指示劑顏色的變化，并記錄pH值與顏色變化。我們主要選取了四季秋海棠跟玫瑰花兩種。用錐形瓶取10ml 0.1mol/L的鹽酸滴加酸堿指示劑，然后用0.1mol/L的NaOH溶液進(jìn)行滴定，在變色時(shí)用pH傳感器捕捉實(shí)時(shí)pH值。然后進(jìn)行反向滴定，用錐形瓶取10ml 0.1mol/L的NaOH溶液滴加酸堿指示劑，然后用0.1mol/L的鹽酸進(jìn)行滴定，在變色時(shí)用pH傳感器捕捉實(shí)時(shí)pH值。分別測出酸堿變色的區(qū)間。我們觀察到這兩種自制指示劑在酸堿性溶液中均表現(xiàn)出了明顯的顏色變化。

通過這一系列細(xì)致的實(shí)驗(yàn)操作，我們能夠精確地繪制出指示劑的變色范圍圖譜。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們觀察到自制酸堿指示劑在酸性環(huán)境下呈現(xiàn)紅色，而在堿性環(huán)境下則變?yōu)樗{(lán)色。這一發(fā)現(xiàn)為我們進(jìn)一步了解和應(yīng)用該指示劑提供了重要依據(jù)。

通過這些實(shí)踐活動(dòng)，我們不僅鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，還讓他們更加直觀地理解了酸堿指示劑的工作原理。同時(shí)，這也體現(xiàn)了科學(xué)與生活的緊密聯(lián)系，激發(fā)了學(xué)生對科學(xué)探索的興趣。

（二）測試結(jié)果分析

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，酸堿指示劑能發(fā)揮很大作用，它們能夠通過顏色變化來直觀地顯示溶液的酸堿性。將從測試結(jié)果以及與市售指示劑的性能對比兩個(gè)方面，深入探討自制酸堿指示劑的優(yōu)缺點(diǎn)。

首先，從測試結(jié)果分析入手。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們選用了玫瑰花等作為原料，通過提取其花瓣中的天然色素來制作酸堿指示劑。測試結(jié)果顯示，在酸性環(huán)境下，玫瑰花、海棠花、四季秋海棠花指示劑呈現(xiàn)出紅色，而三角梅指示劑則呈現(xiàn)出黃色；在堿性環(huán)境下，以上兩種顏色則分別變?yōu)榱怂{(lán)色和綠色。這種顏色變化的敏感度和準(zhǔn)確性，使我們能夠直觀地判斷溶液的酸堿性。通過對比不同指示劑在酸堿滴定中的呈色，學(xué)生可以更深入地了解酸堿指示劑的性質(zhì)和作用機(jī)理。

為了全面評估自制酸堿指示劑的性能，我們還進(jìn)行了與其他市售指示劑的對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，自制指示劑在變色靈敏度、顏色變化范圍以及穩(wěn)定性等方面均表現(xiàn)出良好的性能。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅驗(yàn)證了我們的制備方法的有效性，也為今后進(jìn)一步優(yōu)化指示劑提供了有益的參考。

此外，我們還探討了自制酸堿指示劑在實(shí)際應(yīng)用中的潛力。例如，在環(huán)境監(jiān)測、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域，自制酸堿指示劑都能發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢。特別是在教學(xué)領(lǐng)域，通過讓學(xué)生親手制作并使用酸堿指示劑，可以更加直觀地幫助他們理解酸堿反應(yīng)的原理。

綜上所述，通過一系列嚴(yán)格的性能測試和分析，我們驗(yàn)證了自制酸堿指示劑的可靠性和實(shí)用性。這一研究成果不僅豐富了酸堿指示劑的選擇范圍，還為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供了新的思路和方法。

四、自制酸堿指示劑的優(yōu)缺點(diǎn)

與市售指示劑相比，自制酸堿指示劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，自制指示劑來源廣，成本低。植物花瓣中富含的天然色素是制作酸堿指示劑的優(yōu)質(zhì)原料，這些植物易于獲取，且成本低廉。其次，自制指示劑環(huán)保安全。與市售指示劑相比，自制指示劑不含有任何化學(xué)添加劑和有害物質(zhì)，對環(huán)境友好且對人體無害。最后，自制指示劑的制作過程簡單有趣，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究精神，培養(yǎng)其實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

自制酸堿指示劑的缺點(diǎn)：首先是穩(wěn)定性較差。由于自制指示劑是基于天然色素制作的，這些色素容易受到溫度、光照等因素的影響而發(fā)生降解或變色，從而影響指示劑的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。其次，自制指示劑的顏色變化范圍較窄，色素含量不高，測試體積較大的溶液時(shí)顯色不夠明顯。

五、學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)的總結(jié)

在化學(xué)學(xué)習(xí)的道路上，實(shí)踐活動(dòng)扮演著至關(guān)重要的角色，它們不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能深化學(xué)生對理論知識(shí)的理解。本次學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)的核心內(nèi)容是自制酸堿指示劑，通過親手制作并測試這些指示劑，學(xué)生得以直觀地觀察酸堿反應(yīng)的變化過程，從而更加牢固地掌握相關(guān)知識(shí)。

在活動(dòng)組織方面，教師事先準(zhǔn)備了必要的實(shí)驗(yàn)器材和試劑，并詳細(xì)講解了實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟。學(xué)生則按照分組，每組選取不同的植物材料——如玫瑰花、海棠花、四季秋海棠、三角梅等作為自制指示劑的原料。這樣的安排，不僅保證了實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，還增強(qiáng)了活動(dòng)的趣味性和探究性。

實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生積極參與，嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作。他們先將植物材料研磨成汁，再通過過濾得到清澈的指示劑溶液。隨后，在教師的指導(dǎo)下，他們使用這些自制指示劑對不同的酸堿溶液進(jìn)行了測試，并驚喜地發(fā)現(xiàn)，這些原本看似普通的植物汁液，在酸堿環(huán)境下竟然能夠呈現(xiàn)出鮮明的顏色變化。這一發(fā)現(xiàn)無疑激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)的極大興趣。

制取結(jié)束后，教師組織學(xué)生進(jìn)行指示劑變色范圍的測試，組織對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與討論。學(xué)生通過pH傳感器的使用對數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)形成初步印象，通過繪制滴定曲線等方式進(jìn)一步鞏固對酸堿滴定實(shí)驗(yàn)的理解，將學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析從性變轉(zhuǎn)化為量變。后續(xù)活動(dòng)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考如何改進(jìn)自制指示劑的制備方法，以提高其靈敏度和準(zhǔn)確性；還可以鼓勵(lì)學(xué)生嘗試?yán)闷渌参锊牧现苽渌釅A指示劑，以拓寬學(xué)生的視野和思維，引導(dǎo)學(xué)生對自制指示劑的使用效果進(jìn)行客觀的評價(jià)。總之，學(xué)生通過親手制作和測試酸堿指示劑，能對酸堿反應(yīng)的理解更加深入，他們不僅可以學(xué)會(huì)如何運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，還能體會(huì)到科學(xué)探究的樂趣和成功的喜悅。

（作者單位：沐川中學(xué)校）

編輯：蔚慧敏