紫甘蓝色素变色实验的设计

2014-10-17张小平张旻媛

化学教学 2014年6期

张小平+张旻媛

摘要：综合表述了紫甘蓝色素的变色原理图。以紫甘蓝汁作为酸碱指示剂设计实验，在球型冷凝管中制成色彩炫丽的pH色柱，促进学生形成指示剂变色范围的概念，在稀释溶液和测定常见酸碱指示剂变色范围的实验中培养实验者的动手能力，在设计判断盐酸滴定碳酸钠终点现象的实验中激发参与者的创新意识。

关键词：紫甘蓝色素；pH色柱；实验设计

文章编号：1005–6629（2014）6–0050–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

现代教学要求教育者：注重创设学习的情景，以激发探究欲望，引导学生积极参与和体验探究过程，有计划、有步骤地培养学生的科学学习方法、科学探究能力和科学态度。从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系[1]。因此，开发与学生生活经验相匹配的化学课程是每一个化学教师的职责和使命。

紫甘蓝，俗称紫包菜、红包菜，十字花科、芸苔属甘蓝种中的一个变种。紫甘蓝的营养丰富，尤以富含维生素C、较多的维生素E和维生素B族，以及丰富的花色素、黄酮、总多酚和膳食纤维等抗氧化性成分，备受人们的欢迎。

从紫甘蓝中可以提取的一种天然色素---紫甘蓝色素，它的性质比较稳定，能长期保存，其颜色随溶液pH改变而发生鲜明的变化，并能准确地指示酸碱滴定终点，紫甘蓝色素可作为一种天然的酸碱指示剂[2]。

1 紫甘蓝色素变色原理

紫甘蓝色素从化学结构分类上属于花色苷类。花色苷是18种天然存在的花色素的糖苷化合物，为2-苯基苯并芘或黄盐离子的多羟基以及多甲氧基衍生物。紫甘蓝中所存在的花色苷均系由一些色素酰化多个葡萄糖基等，其中主要的结构式如图1简化所示[3]。

pH<3时，花色苷主要以红色的黄钅羊盐离子存在。312时，黄钅羊盐离子、无色的醇型假碱、蓝色的醌型碱都转化为査尔酮，花色苷平衡移向査尔酮后，由其他类黄酮在碱性溶液中呈现黄色。

丰富的化学现象和科学原理，它们既是我们教与学的资源，又是我们拓展和运用知识的场所。我们在酸碱指示剂的变色范围的教学中，设计了紫甘蓝酸碱指示剂的创新实验，获得了显著的实验现象，取得了良好的教学效果。

2 实验用品

2.1 演示实验用品

家用榨汁机，400-球形冷凝管，250 mL烧杯2只，铁架台，铁夹

紫甘蓝一颗（榨汁备用），1 mol/L HCl 200 mL，1 mol/L NaOH 200 mL，95%酒精100 mL

2.2 分组实验用品

0.7 mL×9井穴板四只，5 mL×6井穴板二只，塑料滴管三支，中试管2支

紫甘蓝汁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，饱和Na2CO3 50 mL，饱和NaHCO3溶液50 mL

3 实验方案设计

3.1 pH色柱演示实验

（1）将球形冷凝管下端塞好橡皮塞，竖直，从底部用注射器注入25 mL 0.1 mol/L NaOH溶液。

（2）在250 mL烧杯中加入25 mL 0.1 mol/L HCl和10 mL紫甘蓝汁，溶液呈红色。

（3）斜持冷凝管，在上部加入红色的紫甘蓝汁。

（根据混合后溶液颜色的变化，控制加液速度）

（4）竖直冷凝管，并固定在铁架台上。

刚开始加入溶液时，少量红色的酸性液体与大量无色碱性溶液混合中和后，溶液仍为碱性，溶液呈黄色，然后随着红色的酸性液体不断加入，溶液pH下降，溶液呈鲜艳的果绿色，接着是蓝色、紫色，最上层的液体依然为红色（如图3）。实验操作简单，现象变幻一气呵成，冷凝管独特的造型和放大作用更增添了实验的神秘色彩，这对于学生来说无疑是一种强大的视觉冲击。

下列问题串会将观察者转变成思考者、积极的实验者。

（1）冷凝管中的溶液有几种颜色，为什么？

（2）混合时有化学反应发生吗？

（3）从低到高，冷凝管中溶液的pH是升高还是降低，为什么？

（4）怎样利用实验桌上用品，测定不同颜色的紫甘蓝汁所对应的pH？

3.2 测定常见指示剂变色范围的分组实验

[实验1] 2人/组，分别稀释1 mol/L HCl、1 mol/L NaOH溶液

（1）在两只5 mL×6井穴板的每一个井穴中各滴入45滴蒸馏水。

（2）在1号井穴中加入5滴1 mol/L HCl，搅拌，得到pH=1的溶液。再取该溶液少量，向2号井穴滴5滴，搅拌，得到pH=2的溶液。依次操作得到pH=3、4、5、6的溶液。

（3）在1号井穴中加入5滴1 mol/L NaOH，搅拌，得到pH=13的溶液。再取该溶液少量，向2号井穴滴5滴，搅拌，得pH=12的溶液。依次操作得到pH=11、10、9、8溶液。

[实验2]两组合作（四人）测定紫甘蓝汁、酚酞溶液、石蕊溶液、甲基橙溶液变色范围

（1）根据两只成一排的0.7 mL×9井穴板的井穴间距，在四张白纸条上写上pH标签，分别是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14。

（2）向0.7 mL×9井穴板中对应pH标签的井穴滴入10滴对应的溶液。

（3）分别滴入2滴紫甘蓝汁、酚酞溶液、石蕊溶液、甲基橙溶液。观察溶液颜色，投影展示。

由于稀释实验的精度不够，学生操作时液滴的体积大小不一，结果可能误差较大。最后应展示较精确测定的实验结果。

制作简易的紫甘蓝色素对比色阶柱的意义，不仅在于发现紫甘蓝色素变色范围，而且能为酸、碱性溶液混合时的变化提供直接的视觉感受，从而激发实验者的思维和想象。

3.3 创新应用型实验设计

Na2CO3溶液中逐滴加入稀盐酸，先生成NaHCO3，然后才生成CO2，是真的吗？

a.取两支试管，一支加入5 mL饱和Na2CO3溶液，另一支加入5 mL饱和NaHCO3溶液，再各加5滴紫甘蓝汁，振荡，溶液分别呈绿色、蓝色。

b.逐滴加入0.1 mol/L HCl溶液于盛有Na2CO3溶液试管的上端内壁。旋转试管，让酸液缓缓溶入Na2CO3溶液，上层溶液由绿转青再转蓝。

c.稍振荡，扩大蓝色溶液体积后，再快速加酸，上层溶液呈紫红色。

d.振荡，只有上层呈紫红色溶液中有大量气泡放出。

实验证明了饱和Na2CO3溶液中逐滴加入稀盐酸，先生成NaHCO3，然后才生成CO2。

即使是将稀盐酸直接滴入饱和Na2CO3溶液中，因为局部酸过量而有气泡产生，但气泡周围溶液中紫甘蓝色素的颜色变化，也能因这一过程展示无疑。

4 结束语

以紫甘蓝汁作为酸碱指示剂，在球型冷凝管中制成的色彩炫丽的pH色柱，充分展现了化学在物质世界运动变化中的节奏感和韵律感，给学生以旋律美的体验，将生活中普遍存在的酸、碱中和的化学原理以美的形式传达于实验者和观察者。

紫甘蓝汁是生活中很容易找到的酸碱指示剂，当激发起学生探索的欲望后，动手就是非常方便的事。诸如饱和Na2CO3溶液中逐滴加入稀盐酸等实验中，奇妙的、不断发生着的化学现象变化，不仅带给学生丰富的视觉享受，也能帮助他们解答考试中的典型习题。动手做实验更能激活他们的创造性思维和想象力，促使他们形成持久学习化学的动力。紫甘蓝色素变色原理中的平衡原理、官能团性质等化学知识将被学生一一了解，化学教育的价值可以惠及每一个受教育者。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2003：1～2.

[2]卢玉振，袁勋模[J].贵州科学，1996，14（3）：53～57.

[3]耿启彬等.天然植物紫甘蓝中色素提取及其功能应用初步探究[J].南方医科大学，2010，（5）：2～16.