紫甘藍(lán)色素變色實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

張小平+張旻媛

摘要：綜合表述了紫甘藍(lán)色素的變色原理圖。以紫甘藍(lán)汁作為酸堿指示劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在球型冷凝管中制成色彩炫麗的pH色柱，促進(jìn)學(xué)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(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)者的動手能力，在設(shè)計(jì)判斷鹽酸滴定碳酸鈉終點(diǎn)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中激發(fā)參與者的創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：紫甘藍(lán)色素；pH色柱；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

文章編號：1005–6629（2014）6–0050–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

現(xiàn)代教學(xué)要求教育者：注重創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)的情景，以激發(fā)探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生積極參與和體驗(yàn)探究過程，有計(jì)劃、有步驟地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)方法、科學(xué)探究能力和科學(xué)態(tài)度。從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會生活實(shí)際出發(fā)，幫助學(xué)生認(rèn)識化學(xué)與人類生活的密切關(guān)系[1]。因此，開發(fā)與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)相匹配的化學(xué)課程是每一個化學(xué)教師的職責(zé)和使命。

紫甘藍(lán)，俗稱紫包菜、紅包菜，十字花科、蕓苔屬甘藍(lán)種中的一個變種。紫甘藍(lán)的營養(yǎng)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(lán)中可以提取的一種天然色素---紫甘藍(lán)色素，它的性質(zhì)比較穩(wěn)定，能長期保存，其顏色隨溶液pH改變而發(fā)生鮮明的變化，并能準(zhǔn)確地指示酸堿滴定終點(diǎn)，紫甘藍(lán)色素可作為一種天然的酸堿指示劑[2]。

1 紫甘藍(lán)色素變色原理

紫甘藍(lán)色素從化學(xué)結(jié)構(gòu)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(lán)中所存在的花色苷均系由一些色素?；鄠€葡萄糖基等，其中主要的結(jié)構(gòu)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。312時，黃钅羊鹽離子、無色的醇型假堿、藍(lán)色的醌型堿都轉(zhuǎn)化為査爾酮，花色苷平衡移向査爾酮后，由其他類黃酮在堿性溶液中呈現(xiàn)黃色。

豐富的化學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)原理，它們既是我們教與學(xué)的資源，又是我們拓展和運(yùn)用知識的場所。我們在酸堿指示劑的變色范圍的教學(xué)中，設(shè)計(jì)了紫甘藍(lán)酸堿指示劑的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，獲得了顯著的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，取得了良好的教學(xué)效果。

2 實(shí)驗(yàn)用品

2.1 演示實(shí)驗(yàn)用品

家用榨汁機(jī)，400-球形冷凝管，250 mL燒杯2只，鐵架臺，鐵夾

紫甘藍(lán)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(shí)驗(yàn)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(lán)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(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 pH色柱演示實(shí)驗(yàn)

（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(lán)汁，溶液呈紅色。

（3）斜持冷凝管，在上部加入紅色的紫甘藍(lán)汁。

（根據(jù)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(lán)色、紫色，最上層的液體依然為紅色（如圖3）。實(shí)驗(yàn)操作簡單，現(xiàn)象變幻一氣呵成，冷凝管獨(dú)特的造型和放大作用更增添了實(shí)驗(yàn)的神秘色彩，這對于學(xué)生來說無疑是一種強(qiáng)大的視覺沖擊。

下列問題串會將觀察者轉(zhuǎn)變成思考者、積極的實(shí)驗(yàn)者。

（1）冷凝管中的溶液有幾種顏色，為什么？

（2）混合時有化學(xué)反應(yīng)發(fā)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(shí)驗(yàn)桌上用品，測定不同顏色的紫甘藍(lán)汁所對應(yīng)的pH？

3.2 測定常見指示劑變色范圍的分組實(shí)驗(yàn)

[實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)2]兩組合作（四人）測定紫甘藍(lán)汁、酚酞溶液、石蕊溶液、甲基橙溶液變色范圍

（1）根據(jù)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(biāo)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(yīng)pH標(biāo)簽的井穴滴入10滴對應(yīng)的溶液。

（3）分別滴入2滴紫甘藍(lán)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(shí)驗(yàn)的精度不夠，學(xué)生操作時液滴的體積大小不一，結(jié)果可能誤差較大。最后應(yīng)展示較精確測定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

制作簡易的紫甘藍(lán)色素對比色階柱的意義，不僅在于發(fā)現(xiàn)紫甘藍(lán)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(fā)實(shí)驗(yàn)者的思維和想象。

3.3 創(chuàng)新應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(lán)汁，振蕩，溶液分別呈綠色、藍(lán)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(nèi)壁。旋轉(zhuǎn)試管，讓酸液緩緩溶入Na2CO3溶液，上層溶液由綠轉(zhuǎn)青再轉(zhuǎn)藍(lán)。

c.稍振蕩，擴(kuò)大藍(lán)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(shí)驗(yàn)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?yàn)榫植克徇^量而有氣泡產(chǎn)生，但氣泡周圍溶液中紫甘藍(lán)色素的顏色變化，也能因這一過程展示無疑。

4 結(jié)束語

以紫甘藍(lán)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(xiàn)了化學(xué)在物質(zhì)世界運(yùn)動變化中的節(jié)奏感和韻律感，給學(xué)生以旋律美的體驗(yàn)，將生活中普遍存在的酸、堿中和的化學(xué)原理以美的形式傳達(dá)于實(shí)驗(yàn)者和觀察者。

紫甘藍(lán)汁是生活中很容易找到的酸堿指示劑，當(dāng)激發(fā)起學(xué)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(shí)驗(yàn)中，奇妙的、不斷發(fā)生著的化學(xué)現(xiàn)象變化，不僅帶給學(xué)生豐富的視覺享受，也能幫助他們解答考試中的典型習(xí)題。動手做實(shí)驗(yàn)更能激活他們的創(chuàng)造性思維和想象力，促使他們形成持久學(xué)習(xí)化學(xué)的動力。紫甘藍(lán)色素變色原理中的平衡原理、官能團(tuán)性質(zhì)等化學(xué)知識將被學(xué)生一一了解，化學(xué)教育的價值可以惠及每一個受教育者。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[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(xué)，1996，14（3）：53～57.

[3]耿啟彬等.天然植物紫甘藍(lán)中色素提取及其功能應(yīng)用初步探究[J].南方醫(yī)科大學(xué)，2010，（5）：2～16.

[4]達(dá)莫達(dá)蘭（Damodaran. S）著.江波等譯.食品化學(xué)（第四版）[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2013：555～556.

[5][6]馬自超，龐業(yè)珍.天然食用色素化學(xué)及生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社，1994：18.

由于稀釋實(shí)驗(yàn)的精度不夠，學(xué)生操作時液滴的體積大小不一，結(jié)果可能誤差較大。最后應(yīng)展示較精確測定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

制作簡易的紫甘藍(lán)色素對比色階柱的意義，不僅在于發(fā)現(xiàn)紫甘藍(lán)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(fā)實(shí)驗(yàn)者的思維和想象。

3.3 創(chuàng)新應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(lán)汁，振蕩，溶液分別呈綠色、藍(lán)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(nèi)壁。旋轉(zhuǎn)試管，讓酸液緩緩溶入Na2CO3溶液，上層溶液由綠轉(zhuǎn)青再轉(zhuǎn)藍(lán)。

c.稍振蕩，擴(kuò)大藍(lán)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(shí)驗(yàn)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?yàn)榫植克徇^量而有氣泡產(chǎn)生，但氣泡周圍溶液中紫甘藍(lán)色素的顏色變化，也能因這一過程展示無疑。

4 結(jié)束語

以紫甘藍(lán)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(xiàn)了化學(xué)在物質(zhì)世界運(yùn)動變化中的節(jié)奏感和韻律感，給學(xué)生以旋律美的體驗(yàn)，將生活中普遍存在的酸、堿中和的化學(xué)原理以美的形式傳達(dá)于實(shí)驗(yàn)者和觀察者。

紫甘藍(lán)汁是生活中很容易找到的酸堿指示劑，當(dāng)激發(fā)起學(xué)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(shí)驗(yàn)中，奇妙的、不斷發(fā)生著的化學(xué)現(xiàn)象變化，不僅帶給學(xué)生豐富的視覺享受，也能幫助他們解答考試中的典型習(xí)題。動手做實(shí)驗(yàn)更能激活他們的創(chuàng)造性思維和想象力，促使他們形成持久學(xué)習(xí)化學(xué)的動力。紫甘藍(lán)色素變色原理中的平衡原理、官能團(tuán)性質(zhì)等化學(xué)知識將被學(xué)生一一了解，化學(xué)教育的價值可以惠及每一個受教育者。

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[4]達(dá)莫達(dá)蘭（Damodaran. S）著.江波等譯.食品化學(xué)（第四版）[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2013：555～556.

[5][6]馬自超，龐業(yè)珍.天然食用色素化學(xué)及生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社，1994：18.

由于稀釋實(shí)驗(yàn)的精度不夠，學(xué)生操作時液滴的體積大小不一，結(jié)果可能誤差較大。最后應(yīng)展示較精確測定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

制作簡易的紫甘藍(lán)色素對比色階柱的意義，不僅在于發(fā)現(xiàn)紫甘藍(lán)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(fā)實(shí)驗(yàn)者的思維和想象。

3.3 創(chuàng)新應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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(lán)汁，振蕩，溶液分別呈綠色、藍(lán)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(nèi)壁。旋轉(zhuǎn)試管，讓酸液緩緩溶入Na2CO3溶液，上層溶液由綠轉(zhuǎn)青再轉(zhuǎn)藍(lán)。

c.稍振蕩，擴(kuò)大藍(lán)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(shí)驗(yàn)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?yàn)榫植克徇^量而有氣泡產(chǎn)生，但氣泡周圍溶液中紫甘藍(lán)色素的顏色變化，也能因這一過程展示無疑。

4 結(jié)束語

以紫甘藍(lán)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(xiàn)了化學(xué)在物質(zhì)世界運(yùn)動變化中的節(jié)奏感和韻律感，給學(xué)生以旋律美的體驗(yàn)，將生活中普遍存在的酸、堿中和的化學(xué)原理以美的形式傳達(dá)于實(shí)驗(yàn)者和觀察者。

紫甘藍(lán)汁是生活中很容易找到的酸堿指示劑，當(dāng)激發(fā)起學(xué)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(shí)驗(yàn)中，奇妙的、不斷發(fā)生著的化學(xué)現(xiàn)象變化，不僅帶給學(xué)生豐富的視覺享受，也能幫助他們解答考試中的典型習(xí)題。動手做實(shí)驗(yàn)更能激活他們的創(chuàng)造性思維和想象力，促使他們形成持久學(xué)習(xí)化學(xué)的動力。紫甘藍(lán)色素變色原理中的平衡原理、官能團(tuán)性質(zhì)等化學(xué)知識將被學(xué)生一一了解，化學(xué)教育的價值可以惠及每一個受教育者。

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[4]達(dá)莫達(dá)蘭（Damodaran. S）著.江波等譯.食品化學(xué)（第四版）[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2013：555～556.

[5][6]馬自超，龐業(yè)珍.天然食用色素化學(xué)及生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京：中國林業(yè)出版社，1994：18.