利用黑枸杞的“化学平衡移动”创新实验设计及教学

毕晓昀+杨砚宁

摘要：以黑枸杞水的颜色差异引入课题，设计了7个与之相关的系列探究实验。这些探究实验有助于学生学习和理解化学平衡移动的概念、化学平衡的影响因素及勒夏特列原理等化学知识，且具有一定的趣味性。

关键词：黑枸杞；探究实验；化学平衡移动；勒夏特列原理；实验设计

文章编号：1005–6629（2017）7–0048–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 背景

“化学平衡移动”是高二《化学反应原理》知识的重要组成部分，通过实验探究温度、浓度和压强变化对化学平衡的影响是学生获得相关知识的必要手段。表1罗列了现行三种版本《化学反应原理》教材中相关实验所选用的可逆反应。

表中共涉及四个可逆反应，它们都具备实验操作简单、颜色变化明显的优点，是“化学平衡移动”教学中的经典实验。2016年10月在常州举行的江苏省高中化学优质课评比中，9位教师以“化学平衡移动”为题进行同课异构教学，其中8位教师的课堂实验均出自上述的四个可逆反应，最终都取得了非常好的教学效果。

但换一个角度思考，这些可逆反应也都存在共同的问题：缺少真实情境，远离社会生活，无法使学生产生兴趣和共鸣，更无法将三个影响因素串联在同一个可逆反应上，形成连贯的实验教学主线。为了解决以上问题，笔者尝试另辟蹊径，以黑枸杞为实验素材设计了一系列的探究实验，该教学内容的第1课时“浓度变化对化学平衡的影响”在该次优质课评比中获得江苏省一等奖。现将笔者的设计思路与同行们分享。

2 灵感的来源

笔者曾到青海旅游，发现当地人用黑枸杞泡水作为日常饮品，水的颜色鲜艳多变引人注目。出于职业习惯，在搜索了与黑枸杞相关的资料之后又进行了大量实验，笔者发现黑枸杞水是研究化学平衡移动的一种非常理想的试剂。

首先，黑枸杞泡出的水颜色艳丽，红、紫、蓝皆有可能，足够吸引学生的眼球，勾起他们的好奇心和求知欲，并给学生提供了一个生活化的、有探究价值的学习情境。

第三，“黑枸杞水颜色多变”这一现象给学生提供了较大的探究空间：枸杞的用量、水的酸碱性、浸泡的时间长短、水的温度等等都可能是颜色差异的原因，而这些因素在教师的引导下，可以有效地与“浓度、压强、温度变化对化学平衡移动的影响”融合，从而形成一条以黑枸杞为线索的实验探究主线，将有关的知识点串联在一起。

第四，与其他富含花青素的食物（紫薯、紫甘蓝、黑米等）相比，黑枸杞中花青素的溶出操作非常简单易行，无需榨汁及过滤，非常适合课堂学生实验。

基于以上的考虑，最终决定以黑枸杞水为实验素材和线索，设计了以下一系列探究实验。

3 实验设计

3.1 实验用品

黑枸杞：每实验小组用量为2克，加水200mL浸泡并轻摇，1分钟即可出现较为明显的颜色差异，约10分钟后颜色更为浓重，实验效果更佳。

瓶装水：笔者曾在超市购买十余种不同品牌的瓶装水浸泡黑枸杞进行对比，最终选出三个品牌，在其他条件相同的情况下，它们泡出的黑枸杞水分别显示红、紫、蓝三种颜色，差异明显，能够给学生造成强烈的视觉冲击，并引发思考与探究。

其他试剂与用品：食用小苏打，食用白醋，0.1mol·L-1 H2SO4溶液，0.1mol·L-1 NaOH溶液，一次性品尝纸杯，小烧杯，胶头滴管，玻璃棒，试管，试管架，pH传感仪，学案（内附黑枸杞、花青素、瓶装水pH评测等阅读资料）。

3.2 实验过程

实验一 感受差异，引出课题

[学生实验]一尝：一次性纸杯里有一些黑枸杞，它们营养丰富，一人一颗尝尝看味道如何？二泡：把剩下的黑枸杞全部转移到矿泉水瓶里，盖上瓶盖轻摇，观察水的颜色变化并与其他小组对比。三品：用小纸杯倒出部分水来品尝一下黑枸杞水的味道。四查：阅读资料，试分析黑枸杞泡水為什么会有颜色，与哪些物质或反应有关？

[学生反馈]好奇：大多数学生初次接触黑枸杞，看它又小又黑的样子不知是何物？不少学生猜它是蓝莓，对于它既能吃喝又能做化学实验觉得很好奇，从而引发兴趣。

兴奋：看到其他小组泡出的水颜色与自己小组不同之后兴奋之情溢于言表，摇动水瓶的手臂也在不知不觉中加力，个别小组甚至将黑枸杞果粒摇碎，瓶中水出现一片浑浊。

期待：为什么颜色会不同？课上还会再用这些水做哪些实验？所有的学生都跃跃欲试。

设计意图：本节课的实验以黑枸杞水（也就是花青素水溶液）为主要试剂，意在与学生一起体验科学探究的过程。用陌生的物质（黑枸杞和花青素）以及新奇的现象（水溶液颜色的鲜艳与丰富变化）调动起学生的好奇心和求知欲，在发现问题之后，经过查阅资料寻找生活与化学的衔接点，体会“生活中的化学”以及“化学中的生活”。

实验二 实验探究c（H+）变化对化学平衡的影响

[问题情境]先就“黑枸杞水出现不同的颜色可能与哪些因素有关”展开讨论，之后提出问题：在其他条件（温度、黑枸杞用量、水的用量）相同的情况下，为什么用不同品牌的水泡出的黑枸杞水颜色会明显不同？根据资料（如图1）试讨论分析该化学平衡可能受到了哪种因素的影响？

[学生实验]小组讨论后提出猜想，根据提供的仪器和试剂，设计实验方案，通过实验验证猜想。

[学生反馈]讨论结果：可能是水的酸碱性不同导致溶液颜色存在差异，因此需要设计实验验证：改变水的酸碱性，溶液的颜色会随之发生变化。

实验方案：取五支试管，各加入约3mL黑枸杞水，一支留作空白对照，其他试管分别加入少量食用小苏打、食用白醋、0.1mol·L-1 H2SO4溶液、0.1mol·L-1 NaOH溶液，观察颜色变化。

实验现象：与原溶液相比，加稀H2SO4或白醋溶液变红；加稀NaOH溶液或小苏打溶液变蓝。

微观分析：增大c（H+），平衡向正反应方向移动；减小c（H+），平衡向逆反应方向移动。

[知识链接]（1）绘制速率时间图（ν-t图）对改变浓度后的化学平衡移动过程进行图像表征。（2）得出结论：其他条件一定时，增大某一物质的浓度，平衡会向使该物质浓度减小的方向移动；减小某一物质的浓度，平衡会向使该物质浓度增大的方向移动。

设计意图：高二选修化学的学生基本具备结合资料内容提出猜想，并在此基础上体验“设计并完善实验方案”、“实验操作”、“现象分析”、“图像解释”等探究过程的能力。最初学生给出的方案也许并不完美，但经过学生之间的相互补充以及必要时候的教师引导，较为完善的实验方案总能浮出水面。

提供的四种试剂中，H2SO4溶液和NaOH溶液是实验室常用的酸和碱，白醋和小苏打则是家庭中容易得到的酸性和碱性的物质。从物质的类别来看，涉及强酸、弱酸、强碱及显碱性的盐，具有一定的覆盖面。特别是白醋和小苏打的选用，为学生在家庭环境中进行课后实验探究开拓了思路。

[教师演示实验]向黑枸杞水中加入稀盐酸，利用pH传感仪测定溶液pH，并绘制c（H+）随时间变化的曲线（如图3）。

[学生反馈]从图像可以看出，c（H+）并不能恢复到原来的程度，也就是说化学平衡移动只能减弱浓度的改变，并不能将它消除。

[知识链接]（1）归纳结论：其他条件一定时，改变某一物质的浓度，平衡会向减弱这种改变的方向移动。（2）问题解决：CO的中毒与解毒原理分析；合成氨工业中反应物生成物浓度的控制。

设计意图：遵循“循序渐进”的原则，在学生学会定性判断平衡移动的方向后，进一步讨论平衡移动的程度问题。因c（H+）的变化是肉眼不可见的，因此利用pH传感仪进行数字化实验，从图像上直接感受c（H+）的变化，从而得出“减弱改变”这一结论，为進一步得出勒夏特列原理埋下伏笔。

实验四 实验探究浓缩、稀释对化学平衡的影响

[问题情境]网上有图片显示，黑枸杞泡水的过程中会出现漂亮的“拉丝”现象，是真的吗？

[学生实验]向黑枸杞水中投入两粒黑枸杞干果，静置，观察现象并分析可能的原因。

[教师演示]向较浓的呈现紫红色的黑枸杞水中缓慢加水，同时向颜色相近的颜料水中缓慢加水，观察并对比颜色变化。

[学生反馈]学生实验现象：确实有拉丝现象，刚开始丝是紫红色的，随着向水中的扩散，变成紫色甚至蓝色。

教师实验现象：黑枸杞水随着稀释，颜色由红变浅的同时，会变成蓝色；而颜料水随着稀释，颜色变成浅红色，并不会变蓝。

剖析现象并解读：花青素浓度大的时候颜色偏红，即浓缩会使平衡向正向移动；整体浓度小的时候颜色偏蓝，即稀释会使平衡向逆向移动。

[知识链接]（1）利用化学平衡常数K与浓度商Q比较的方法从理论上证明学生的结论。（2）将结论类比迁移至气态可逆反应体系，得出压强变化对化学平衡移动影响的结论。（3）问题解决：合成氨工业的压强控制。（4）总结归纳得出勒夏特列原理，并预测：升高体系温度，平衡会向吸热反应方向移动；降低体系温度，平衡会向放热反应方向移动。

[学生实验] 3只一次性纸杯中各有0.5g黑枸杞，分别同时加入20毫升热水、室温水、冰水（均为自来水），轻轻振荡片刻后，观察颜色差异。

[学生反馈]描述现象并解读：与室温水相比，热水中的颜色偏蓝，说明升高温度，平衡逆向移动，所以逆反应为吸热反应；冰水中的颜色偏红，说明降低温度，平衡正向移动，所以正反应为放热反应。

实验六 鉴别真假黑枸杞水

[问题情境]网上有人质疑，用黑枸杞泡出的水呈现紫色，怀疑可能是工业染料染色而成？如何判断一杯彩色的水是否是真的黑枸杞水呢？

[学生实验]通过实验的方法判断两杯紫红色溶液哪一杯是真正的黑枸杞水。（其中一杯是黑枸杞水，另一杯为颜料勾兑而成）

[学生反馈]任取少量紫红色水，加白醋变红（或加小苏打变蓝）说明是真黑枸杞水，如果颜色没有明显变化，说明不是黑枸杞水。

设计意图：实验五、六均为勒夏特列原理的应用，实验五从纯化学的角度，用于判断可逆反应的吸热放热情况；而实验六则是在生活中的应用，利用平衡的移动证明可逆反应及花青素的存在，从而判断真假黑枸杞水。

实验七 课后延伸的家庭实验

[问题情境]除了黑枸杞之外，你身边还有很多食物富含花青素，比如紫薯、紫甘蓝、蓝莓、黑米等，它们都可以成为你的实验道具。你可以在家里做一些小实验，来验证以下网络说法的正误。

（1）用白醋可以鉴别黑米的真假，是真的吗？

（2）紫薯馒头局部变绿是因为变质了，是真的吗？

（3）花青素能够抗氧化，是真的吗？（药店可以买到高锰酸钾）

（4）黑枸杞不宜用热水冲泡，是真的吗？

设计意图：留给学生的课后探究题目中，1和2涉及化学平衡知识在生活中的进一步应用，3与氧化还原知识相关，4则涉及花青素的不稳定性，以指导学生在日常冲泡黑枸杞时不要用过热的水，防止破坏花青素。

4 教学后记

本节课以黑枸杞水的颜色差异引入课题，课堂上进行了一系列实验探究，经过对宏观现象的微观分析形成与化学平衡相关的多种结论。所有的实验及教学活动都围绕黑枸杞水展开，形成了清晰明朗的教学主线，带给学生全新的学习体验。

教学情境及化学实验的选择，决定了学生与化学这门学科的距离有多远。“化学平衡移动”本是纯粹的理性的自然科学知识，它是枯燥、冰冷、甚至是无趣的。但当它以“合成氨工业生产条件控制及全球粮食产量的大幅度提升”为背景时，它开始带有烟火气，变得不再那么遥不可及，但也仅仅是“远观”；当它与CO中毒解毒、含氟牙膏、碳酸饮料等社会生活中的现象相结合时，这些化学知识已经走到孩子们身边，算是“近赏”；而当孩子们用黑枸杞进行与化学平衡相关的一系列实验的时候，已经置身其中，可谓“把玩”。当化学离孩子们越来越近的时候，他们将慢慢学会从化学的视角看待社会生活、看待物质世界，这应该就是中学化学教学的初衷吧！

参考文献：

[1]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理[M].南京：江苏教育出版社，2009：52～55.

[2]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理[M].北京：人民教育出版社，2007：25～31.

[3]王磊主编.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理[M].济南：山东科学技术出版社，2011：48～54.

[4]汪慧华，赵晨霞.花青素结构性质及稳定性影响因素研究进展[J].农业工程技术（农产品加工业），2009，（9）：32～35.