探究“藍(lán)瓶子”實(shí)驗(yàn)最佳的課堂演示反應(yīng)條件

許文皓+羅明標(biāo)

摘要：文章通過(guò)探究藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)用于課堂演示的最佳條件，以提升化學(xué)課堂演示實(shí)驗(yàn)的效果，為學(xué)生創(chuàng)造更多的化學(xué)實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)和拓展機(jī)會(huì)，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新精神。

關(guān)鍵詞：藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)；演示實(shí)驗(yàn)；最佳條件

文章編號(hào)：1008-0546（2016）10-0084-03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.030

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，因此不論哪個(gè)時(shí)代，實(shí)驗(yàn)永遠(yuǎn)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，是化學(xué)教育研究的重要內(nèi)容[1]。在深化教育改革的背景下，人教版及蘇教版高中化學(xué)教材“實(shí)驗(yàn)化學(xué)”中都引入了藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)，旨在提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)興趣的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)理解振蕩反應(yīng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的趣味性來(lái)激發(fā)學(xué)生的探究欲望。引導(dǎo)學(xué)生探究影響化學(xué)實(shí)驗(yàn)條件以及控制化學(xué)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)方法，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力，所以“實(shí)驗(yàn)化學(xué)”選修課程，非常受學(xué)生的青睞，許多高中化學(xué)老師都會(huì)在課堂上做很多演示實(shí)驗(yàn)以提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，同時(shí)也能讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)所體現(xiàn)的科學(xué)思想方法有更加深入的了解[2]。藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有明顯的化學(xué)變化現(xiàn)象，操作簡(jiǎn)單并且易于學(xué)生觀察，化學(xué)教師可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)中溶液顏色的變化，來(lái)提升化學(xué)的趣味性。

藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)中所用的亞甲藍(lán)是一種氧化還原劑，易溶于水和乙醇。在堿性的環(huán)境下，往藍(lán)色的亞甲藍(lán)溶液中滴加還原劑葡萄糖，會(huì)發(fā)現(xiàn)藍(lán)色的亞甲藍(lán)溶液被還原成無(wú)色的亞甲白溶液[3]。振蕩混合液使之融入空氣，氧氣將亞甲白氧化為亞甲藍(lán)，使得液體又呈現(xiàn)藍(lán)色。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溶液顏色交替出現(xiàn)藍(lán)色—無(wú)色—藍(lán)色—無(wú)色……的現(xiàn)象，其中由藍(lán)色出現(xiàn)變?yōu)闊o(wú)色所需要的時(shí)間我們稱(chēng)之為振蕩周期[4，5]，變色時(shí)間的長(zhǎng)短受反應(yīng)條件的影響。由于是一個(gè)課堂演示實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)或者過(guò)短都不利于課堂教學(xué)，所以選擇適宜的反應(yīng)時(shí)間是做這堂演示課的關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)著重考察反應(yīng)溫度、NaOH濃度、振蕩程度、振蕩時(shí)間對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響。

一、實(shí)驗(yàn)用品、實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)裝置

1. 實(shí)驗(yàn)用品

葡萄糖固體，NaOH固體，亞甲藍(lán)溶液（濃度為0.2%（w/V），溶劑為蒸餾水），燒杯，錐形瓶，試管，酒精燈，恒溫培養(yǎng)振蕩器（如圖1）等。

2. 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示

二、演示實(shí)驗(yàn)反應(yīng)條件探究

1. 探究反應(yīng)溫度對(duì)變色時(shí)間的影響

（1）在燒杯中依次加入3gNaOH，150mL水，4.5g葡萄糖，用玻璃棒不斷攪拌，待固體完全溶解后，將混合液倒入200mL的錐形瓶中，然后向錐形瓶中滴加0.2mL的0.2%（w/V）亞甲藍(lán)溶液，將錐形瓶放入恒溫培養(yǎng)振蕩器（溫度為常溫、振蕩程度為 300r/min）中進(jìn)行振蕩，溶液呈現(xiàn)均勻的藍(lán)色如圖3，塞上瓶塞，靜置，混合液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，如圖。

（2）取錐形瓶中的混合液體，分別倒入8支50mL的試管中，倒入的體積均為15mL，然后塞上帶有玻璃導(dǎo)管和溫度計(jì)的橡皮塞，關(guān)閉玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)。將試管放入恒溫培養(yǎng)振蕩器中靜置，調(diào)節(jié)恒溫振蕩器的溫度分別為5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，等試管內(nèi)液體的溫度到所需要的溫度時(shí)，取出，打開(kāi)玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)，放入相應(yīng)溫度的恒溫培養(yǎng)振蕩器（振蕩程度為 300r/min）中振蕩60"，關(guān)閉閥門(mén)，停止振蕩，觀察，記錄褪色時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

（3）從錐形瓶中另取部分液體分別倒入4支50mL的試管中，倒入的體積均為15mL，然后塞上帶有溫度計(jì)和玻璃導(dǎo)管的橡皮塞，關(guān)閉玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)。將試管放入恒溫培養(yǎng)振蕩器中靜置，調(diào)節(jié)恒溫振蕩器的溫度分別為26℃、27℃、28℃、29℃，待試管內(nèi)的混合液溫度達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，取出，打開(kāi)玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)，放入相應(yīng)溫度的恒溫培養(yǎng)振蕩器（振蕩程度為 300r/min）中振蕩60"，關(guān)閉閥門(mén)，停止振蕩，觀察，記錄褪色時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表1和表2可以看出，在NaOH濃度、振蕩程度、振蕩時(shí)間一定時(shí)，反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)速率加快，褪色時(shí)間減短，但是當(dāng)溫度達(dá)到40℃時(shí)溶液變?yōu)樽攸S色，不能用于闡明實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?？紤]到課堂時(shí)間的有限性，又要保證學(xué)生有足夠的觀察時(shí)間，我們?nèi)?6℃為最佳反應(yīng)溫度。

2. 探究NaOH濃度對(duì)變色時(shí)間的影響

（1）取7個(gè)潔凈的燒杯，向每個(gè)燒杯中分別加入0.75g、1.5g、2.25g、3.0g、3.75g、4.5g、5.25gNaOH，往燒杯中分別加入150mL水，4.5g葡萄糖，用玻璃棒攪拌均勻，等固體完全溶解后，分別倒入200mL 的錐形瓶中，然后向錐形瓶中滴加0.2mL的0.2%（w/v）亞甲藍(lán)溶液。將錐形瓶放入恒溫培養(yǎng)振蕩器（溫度為常溫、振蕩程度為 300r/min）中進(jìn)行振蕩，溶液呈現(xiàn)均勻的藍(lán)色，塞上瓶塞，靜置，混合液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色。

（2） 將7個(gè)錐形瓶中的部分液體分別倒入7支50mL的試管中，倒入的體積均為15mL，然后塞上帶有溫度計(jì)和玻璃導(dǎo)管的橡皮塞，關(guān)閉玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)。將試管放入恒溫培養(yǎng)振蕩器中靜置，調(diào)節(jié)恒溫振蕩器的溫度為26℃，待溫度計(jì)顯示為26℃時(shí)取出，打開(kāi)玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)，放入恒溫培養(yǎng)振蕩器（26℃、振蕩程度為 300r/min）中振蕩60"，關(guān)閉閥門(mén)，停止振蕩，觀察，記錄褪色時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出當(dāng)溫度為26℃，振蕩程度為300r/min，振蕩時(shí)間60”的情況下，隨著NaOH濃度的增加，反應(yīng)速率增大，褪色時(shí)間減小，但是當(dāng)NaOH濃度為3.38%（w/V）時(shí)溶液變?yōu)樽攸S色，不能用于闡明實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?？紤]到課堂時(shí)間的有限性，又要保證學(xué)生有足夠的觀察時(shí)間，我們?nèi)aOH濃度 （w/V）為1.96%（3.0gNaOH溶于150mL水中）為最佳反應(yīng)條件。

3. 探究振蕩程度對(duì)變色時(shí)間的影響

（1）在燒杯中依次加入3.0gNaOH，150mL水，4.5g葡萄糖，用玻璃杯不斷攪拌，待固體完全溶解后，將混合液倒入200mL的錐形瓶中，然后向錐形瓶中滴加0.2mL的0.2%（w/V）亞甲藍(lán)溶液。將錐形瓶放入恒溫培養(yǎng)振蕩器（溫度為常溫、振蕩程度為 300r/min）中進(jìn)行振蕩，溶液呈現(xiàn)均勻的藍(lán)色，塞上瓶塞，靜置，混合液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色。

（2）取錐形瓶中的部分液體分別倒入7支50mL的試管中，倒入的體積均為15mL，然后塞上帶有溫度計(jì)和玻璃導(dǎo)管的橡皮塞，關(guān)閉玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)。將試管放入恒溫培養(yǎng)振蕩器中靜置，調(diào)節(jié)恒溫振蕩器的溫度為26℃，待溫度計(jì)顯示為26℃時(shí)取出，打開(kāi)玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)，放入振蕩程度分別為150r/min、200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min的恒溫培養(yǎng)振蕩器（溫度為26℃）中振蕩60”，關(guān)閉閥門(mén)，停止振蕩，觀察，記錄褪色時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

由表4可以看出當(dāng)溫度為26℃，NaOH濃度（w/V）為1.96%（3.0gNaOH溶于150mL水中），振蕩時(shí)間60"的情況下，隨著振蕩程度的增加，反應(yīng)速率減小，褪色時(shí)間增大。考慮到課堂時(shí)間的有限性，又要保證學(xué)生有足夠的觀察時(shí)間，我們?nèi)≌袷幊潭?00r/min為最佳反應(yīng)條件。

4. 探究振蕩時(shí)間對(duì)變色時(shí)間的影響

（1）在燒杯中依次加入3.0gNaOH，150mL水，4.5g葡萄糖，用玻璃杯不斷攪拌，待固體完全溶解后，將混合液倒入200mL的錐形瓶中，然后向錐形瓶中滴加0.2mL的0.2%（w/V）亞甲藍(lán)溶液。將錐形瓶放入恒溫培養(yǎng)振蕩器（溫度為常溫、振蕩程度為 300r/min）進(jìn)行振蕩，溶液呈現(xiàn)均勻的藍(lán)色，塞上瓶塞，靜置，混合液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色。

（2）取錐形瓶中的部分液體分別倒入5支50mL的試管中，倒入的體積均為15mL，然后塞上帶有溫度計(jì)和玻璃導(dǎo)管的橡皮塞，關(guān)閉玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)。將試管放入恒溫培養(yǎng)振蕩器中靜置，調(diào)節(jié)恒溫振蕩器的溫度為26℃，待溫度計(jì)顯示為26℃時(shí)，取出，打開(kāi)玻璃導(dǎo)管的閥門(mén)，放入振蕩程度為300r/min的恒溫培養(yǎng)振蕩器（溫度為26℃）中分別振蕩為20"，40"，60"，80"，100"后停止振蕩，關(guān)閉閥門(mén)，觀察，記錄褪色時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出，當(dāng)溫度為26℃，NaOH濃度（w/V）為1.96%（3.0gNaOH溶于150mL水中），振蕩程度為300r/min的情況下，隨著振蕩時(shí)間的增加，反應(yīng)速率減小，褪色時(shí)間增大?？紤]到課堂時(shí)間的有限性，又要保證學(xué)生有足夠的觀察時(shí)間，我們?nèi)≌袷帟r(shí)間40"為最佳反應(yīng)條件。

三、 結(jié)論

（1）在堿性條件下，經(jīng)振蕩后的亞甲藍(lán)和葡萄糖混合液，靜置后均會(huì)褪色。NaOH濃度，反應(yīng)溫度，振蕩程度，振蕩時(shí)間均會(huì)影響褪色時(shí)間，由實(shí)驗(yàn)也可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度和NaOH濃度達(dá)到一定的程度時(shí)混合液會(huì)變?yōu)樽攸S色，不能再用于闡明反應(yīng)現(xiàn)象。

（2）本實(shí)驗(yàn)是為探究教師在課堂上的演示實(shí)驗(yàn)條件，因?yàn)檎n堂教學(xué)時(shí)間有限和學(xué)生需要足夠的觀察時(shí)間，所以要求演示時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)也不能過(guò)短。教師應(yīng)將上述探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程以微課的形式來(lái)讓學(xué)生觀察，通過(guò)對(duì)各種實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀察以及相應(yīng)數(shù)據(jù)分析，引導(dǎo)學(xué)生思考化學(xué)反應(yīng)所需要的條件，以及決定化學(xué)反應(yīng)能否成功的條件和控制化學(xué)反應(yīng)的方法，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成自主思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新精神。

（3）經(jīng)過(guò)和學(xué)生一起探討總結(jié)出此次實(shí)驗(yàn)的探究結(jié)果，得到最佳的演示條件為用1.96%（w/V）NaOH溶液，反應(yīng)溫度為26℃，振蕩程度為300r/min，振蕩時(shí)間為40"。

（4）課堂演示藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師應(yīng)讓學(xué)生一起思考討論來(lái)得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，以及實(shí)驗(yàn)步驟，最終教師和學(xué)生一起來(lái)完成課堂教學(xué)的演示實(shí)驗(yàn)，振蕩過(guò)程在恒溫培養(yǎng)振蕩器中完成，觀察溶液褪色變化時(shí)應(yīng)用水浴加熱裝置。

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