飲料變色實驗

龍琪

摘要： 飲料變色實驗基于生活化學理念和藍瓶子實驗原理而設計。實驗原料為日常生活中常見的飲料、管道通疏通劑、食用純堿和亞甲基藍魚缸消毒劑。實驗操作和現(xiàn)象是“搖晃變色，擺放褪色”。關鍵實驗條件是飲料類型、堿性強弱和實驗溫度。

關鍵詞： 藍瓶子實驗； 管道通疏通劑； 亞甲基藍； 飲料變色； 趣味實驗

文章編號： 10056629（2018）2006404中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

為了展現(xiàn)化學與生活的緊密聯(lián)系，消除公眾對化學的誤解和恐懼，培養(yǎng)中小學生的化學學習興趣，以日常生活中常見的飲料為原料，設計了一系列有趣又安全的表演實驗。實驗操作僅需兩步，首先搖晃溶液，然后擺放靜置。實驗現(xiàn)象是搖晃時溶液顏色發(fā)生變化，擺放靜置時溶液顏色又復原。“搖晃變色，擺放褪色”的實驗操作和實驗現(xiàn)象可重復多次。

1飲料變色實驗方案

飲料變色實驗的操作過程為： 按一定比例混合飲料、堿性溶液和亞甲基藍溶液。然后搖晃振蕩，最后擺放靜置。該實驗中，飲料類型、堿性強弱、實驗溫度是關鍵條件。

1.1飲料類型

飲料類型對實驗結果有顯著影響。經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，以下飲料的變色速度快，演示效果好，分別是： 統(tǒng)一鮮橙多橙汁飲料、每日C葡萄汁飲品、佳得樂運動飲料（藍莓味、檸檬味、西柚味、橙味）、力量帝維他命水（石榴藍莓風味、藍莓樹莓風味、熱帶水果風味）、康師傅水漾（檸檬口味）、酷樂仕龍卷C（火龍果風味）等。

1.2堿性溶液和實驗溫度的選擇

飲料變色實驗要在強堿性條件下進行。生活中常見的堿性較強的物質(zhì)是管道通疏通劑和食用純堿。管道通疏通劑中含有大量氫氧化鈉，其實驗效果優(yōu)于食用純堿。本實驗所用管道通疏通劑溶液的濃度為10%（下稱管道通溶液）。如果采用食用純堿，不僅要配成飽和溶液，而且還需要加熱。通過加熱，可以提高反應速率，且能促進純堿水解，提高氫氧根離子濃度，從而使振蕩后的褪色速度加快。

1.3實驗方案及效果

[實驗原料]上文提及的飲料若干種、管道通

疏通劑、食用純堿粉末、純凈水（娃哈哈、怡寶、康師傅等，品牌不限，但是商品名必須標有“純凈水”字樣）、亞甲基藍粉末（一種魚缸消毒劑，可在花鳥蟲魚市場購買）

[實驗器材]帶刻度的一次性塑料滴管（或者采用玻璃滴管和小量筒）、小燒杯、玻璃棒、試管、打火機（或者開水）

[溶液準備]

（1） 飽和亞甲基藍溶液： 取少量亞甲基藍粉末溶于適量純凈水，配制成深藍色飽和溶液。靜置，取上層清液備用。

（2） 10%管道通溶液： 取適量管道通疏通劑顆粒，剔除其中的金屬顆粒物。稱取10g不含金屬顆粒物的管道通疏通劑溶于90mL純凈水，充分攪拌，使其溶解。

（3） 飽和食用純堿溶液： 稱取25g食用純堿粉末，溶于100mL純凈水，充分攪拌，使其溶解，靜置。取上層清液備用。

[實驗步驟]

采用10%管道通溶液作為堿性溶液時，實驗無需加熱。采用飽和食用純堿溶液作為堿性溶液時，需要加熱。因此，堿性溶液不同，實驗步驟略有差別。

（1） 采用10%管道通溶液作為堿性溶液

取3mL飲料于試管中。加入2滴至3mL不等的10%管道通溶液，具體用量視飲料類型而定（詳見表1）。再加入10～30滴不等的亞甲基藍溶液（詳見表1）。振蕩試管，觀察溶液顏色變化。靜置試管，觀察溶液顏色變化。待溶液顏色恢復至振蕩前的顏色，再次振蕩試管，觀察顏色變化，然后靜置試管，觀察顏色變化。振蕩和靜置操作可重復多次。

前期研究采用了水漾、龍卷C和鮮橙多橙汁這三種飲料進行實驗，均取得較好的實驗效果。正是前期研究的成功經(jīng)驗，才使本研究得以深入進行。但是在本次實驗中，水漾、龍卷C這兩種飲料都沒有購買到，因此表1中沒有列出相應的實驗數(shù)據(jù)。水漾飲料自身無色，加堿后以及振蕩前的顏色也為無色，振蕩后為藍色，靜置后褪為無色。龍卷C飲料自身為紅色，加堿后變?yōu)辄S色，加入亞甲基藍后振蕩前為綠色，振蕩后為藍色，靜置后褪為綠色。

（2） 堿液采用飽和食用純堿溶液

取1～3mL飲料于試管中（詳見表2）。加入1～3mL不等的飽和食用純堿溶液。再加入10～30滴不等的亞甲基藍溶液，振蕩試管，觀察溶液顏色變化。加熱試管中的混合溶液，加熱方法可用酒精燈（或打火機或60℃以上的熱水浴）。靜置試管，觀察溶液顏色變化。待溶液顏色恢復至振蕩前顏色，再次振蕩試管，觀察顏色變化，然后靜置試管，觀察顏色變化。振蕩和靜置操作可重復多次。

采用飽和食用純堿作為堿性溶液時，力量帝（熱帶水果風味）不需要加熱條件亦可觀察到溶液褪色現(xiàn)象，比其他飲料操作起來更加方便。

實驗中還發(fā)現(xiàn)，力量帝（石榴藍莓風味）中含有紫薯提取物，在加入純堿溶液時，呈現(xiàn)出豐富多彩的顏色。花青素是紫薯提取物的主要成分，它是一種很好的酸堿指示劑，在酸性條件下顯紅色（深紅、玫紅），在中性條件下為紫色，在堿性條件下，隨著堿性增強，依次呈現(xiàn)藍色、綠色、黃色以及兩種顏色的混合色。也就是說，花青素在從強酸性到強堿性的pH遞變過程中，依次會出現(xiàn)以下10種顏色： 深紅、玫紅、紅紫、紫色、藍紫、藍色、藍綠、綠色、黃綠、黃色。因此，石榴藍莓風味的力量帝飲料不僅可以用來做變色實驗，而且還可以用來做酸堿指示劑的趣味實驗： 取50mL力量帝（石榴藍莓風味）飲料，逐滴加入飽和食用純堿溶液，當溶液顏色呈現(xiàn)紅紫時，從紅紫→紫色→藍紫→藍色的顏色階段，只需加入一滴食用純堿溶液即可引起顏色變化。

前期研究還發(fā)現(xiàn)，酷樂仕龍卷C（火龍果風味）也可做酸堿指示劑，但是顏色不多，僅有紅色和黃色兩種。在中性和酸性條件下，顯示的是酷樂仕龍卷C（火龍果風味）自身的紅色。在堿性條件下顯黃色，堿性越強，黃色越深。在變色實驗中，酷樂仕龍卷C（火龍果風味）振蕩前顯綠色，振蕩后顯藍色，而原液顯紅色，原液加堿液后顯黃色。紅黃綠是交通燈的三種顏色，紅黃藍又是三原色，因此，采用酷樂仕龍卷C（火龍果風味）進行變色實驗，可以進行多種有趣的聯(lián)系生活的情境設計。

2飲料變色實驗反應原理

本文所述變色實驗是基于經(jīng)典趣味化學實驗藍瓶子實驗的反應原理而設計。藍瓶子實驗的現(xiàn)象是無色溶液振蕩后變成藍色，靜置后褪為無色，此現(xiàn)象具有可重復性。該實驗常被用于化學表演類活動以及化學動力學問題的探究教學。經(jīng)典藍瓶子實驗所用試劑為葡萄糖、氫氧化鈉和亞甲基藍。實驗過程及實驗原理如表3所示[1]： 藍瓶子實驗中，葡萄糖、氫氧化鈉和亞甲基藍都是一級反應。氧氣為零級反應。意味著葡萄糖、氫氧化鈉和亞甲基藍的濃度越大，顏色變化越快。而氧氣濃度對反應速率卻沒有影響。

1994年，托里弗（Tolliver）和庫克（Cook）發(fā)現(xiàn)，藍瓶子實驗中的葡萄糖可換成其他糖類，比如D核糖、D果糖等[2]。1997年，斯尼哈拉薩（Snehalatha）等發(fā)現(xiàn)，以硫酸或者鹽酸酸化的亞甲基藍溶液中加入維生素C，也可以呈現(xiàn)藍瓶子實驗的現(xiàn)象[3]。

3飲料變色實驗的創(chuàng)新方法

鑒于時間和精力有限，本研究不能窮盡所有市售飲料進行變色實驗。根據(jù)反應機理，可以根據(jù)需要對本文所述變色實驗加以改進和創(chuàng)新。首先，在飲料選擇上，成分中含有葡萄糖或者其他糖類物質(zhì)以及含有維生素C的飲料，原則上均可用于變色實驗。其次，要控制好實驗條件，將振蕩后溶液的褪色時間控制在最佳范圍內(nèi)。筆者多次實驗之后發(fā)現(xiàn)，5～15秒的褪色時間效果較好。

飲料變色實驗中，要解決的難題是加快飲料的褪色速率。本實驗中，能夠提高反應速率的因素主要是濃度和溫度。從反應機理可知，若提高糖類物質(zhì)、維生素C、堿性溶液和亞甲基藍溶液的濃度，或者提高反應溫度均可達到實驗目的。

市售飲料中的各項成分一般是固定不變的，其中糖類物質(zhì)或者維生素C含量無法改變。但在購買飲料時，可以通過飲料瓶上的成分標識，選擇糖類物質(zhì)或者維生素C含量稍高的飲料進行實驗。

溶液堿性越強，褪色速度越快。但是實驗發(fā)現(xiàn)，如果堿性過強，在亞甲基藍溶液加入后溶液就立刻褪色，甚至不出現(xiàn)顏色變化，不利于觀察振蕩前顏色。反之，如果溶液堿性太弱，又會使褪色速度過慢，從而降低實驗的趣味性。實驗改進時，可參考表1、表2中的實驗數(shù)據(jù)，對堿液用量進行調(diào)整。

溫度是影響實驗速率的關鍵因素。關于溫度與反應速率之間的關系，有個經(jīng)驗規(guī)則： 溫度每升高10℃，反應速率約提高一倍。實驗改進時，如果濃度因素不能達到實驗目的，可通過改變?nèi)芤簻囟鹊霓k法，對褪色時間加以控制。

4結語

藍瓶子實驗是著名的化學趣味實驗之一，但是所用試劑均為實驗室里的化學藥品，遠離學生的生活世界?；谏罨瘜W的教育理念，根據(jù)藍瓶子實驗的反應機理，筆者對經(jīng)典藍瓶子實驗進行生活化設計，采用日常生活中常見的飲料、管道通疏通劑、食用純堿和亞甲基藍魚缸消毒劑等進行實驗，不僅重現(xiàn)了經(jīng)典，而且比經(jīng)典實驗更加安全，便于攜帶，顏色也更豐富多彩。飲料變色實驗不僅可作為教師演示實驗，還可用于學生操作實驗，甚至可作為家庭科學教育活動和親子游戲，培養(yǎng)學生的科學興趣。

參考文獻：

[1]Engerer S. C. The Blue Bottle Reaction as a General Chemistry Experiment on Reaction Mechanisms [J]. Journal of Chemical Education， 1999，76（11）： 1519～1520.

[2]Tolliver R. M.， Cook A. G. The Blue Bottle experiment revisited [J]. Journal of Chemical Education， 1994，71（2）： 160～161.

[3]Snehalatha T. Methylene BlueAscorbic Acid： An Undergraduate Experiment in Kinetics [J]. Journal of Chemical Education， 1997，74（2）： 228～233.