利用数字化实验探究“蓝瓶子”实验的影响因素*——以碱的浓度对其影响为例

沈小祥

（江苏省如东高级中学江苏如东226400）

利用数字化实验探究“蓝瓶子”实验的影响因素*
——以碱的浓度对其影响为例

沈小祥

（江苏省如东高级中学江苏如东226400）

“蓝瓶子”实验是一个趣味实验，该实验中最佳容积选择、反应温度、氢氧化钠的用量等因素都会影响其实验现象，该实验旨在利用数字化实验，采用控制变量的方法研究不同浓度的氢氧化钠溶液对“蓝瓶子”实验振荡周期长短的影响，让学生更直观地感受“蓝瓶子”实验，激发学生学习化学的兴趣和培养严谨的科学研究方法。

“蓝瓶子”实验;数字化实验;亚甲基蓝;振荡周期

“蓝瓶子”实验是一个趣味实验，学生已经在必修一学习了氧化还原反应，对氧化还原的过程有一定的了解，而且他们在化学反应原理这一本书中也已经学习了化学平衡及其影响因素，这为实验原理的理解和影响因素的实验探究打下良好的知识基础；学生已经初步了解到实验中的控制变量法，但还有待在实验中更好地体会。在数据库中以“蓝瓶子”为关键词搜索，共发现相关文献16篇，但大多是关于蓝瓶子反应最佳条件探究、围绕蓝瓶子实验设计教学案例和实验拓展等方面，均是利用锥形瓶或试管完成的，且没有找到一篇关于数字化实验方面的相关研究[1］[2］。数字化实验在我国虽然已经开展多年，但是在像我们这样的县域中学才开展不久，学生迫切想了解这一领域的相关知识，本实验旨在利用数字化实验完成采用控制变量的方法研究不同浓度的氢氧化钠溶液对“蓝瓶子”实验的影响，让学生更直观地感受“蓝瓶子”实验的乐趣，同时若开展学生实验，也能提升学生实验技能，有助于后继各种实验的学习。

一、实验仪器、药品及用品

试管、量筒（3只）、两套色度传感器（含比色皿）、电脑、数据采集器、30mL针筒注射器针头（2枚）、增氧泵（经测算工作时每秒鼓出空气约5mL）、0.2%的亚甲基蓝溶液、0.5mol/L葡萄糖溶液、2mol/LNaOH溶液、8mol/LNaOH溶液。

二、实验装置

如图1所示连接好相关仪器。

图1

三、实验原理

亚甲基蓝是一种氧化还原指示剂，其氧化型呈蓝色，还原型呈无色。

氧化型（蓝色）+ne-■■■■还原型（无色）

总反应为

将葡萄糖的碱性溶液放在试管中，滴加亚甲基蓝指示剂，溶液呈蓝色；静置一段时间，由于亚甲基蓝被葡萄糖还原转化为还原型，溶液褪色；振荡后，溶液上方的氧气进入溶液，亚甲基蓝又转化为氧化型，溶液又呈蓝色。在振荡与静置之间，溶液中的氧气的量发生变化，溶液的颜色也随之变化，直至溶液中的葡萄糖或瓶中的氧气被耗尽。这种现象又称为亚甲基蓝的化学振荡。由蓝色出现至变成无色所需要的时间称之为振荡周期，振荡周期的长短受反应条件如亚甲基蓝溶液的最佳容积选择、反应温度、氢氧化钠的用量等因素的影响[3］。

根据以上实验原理，不难发现氢氧化钠的浓度对实验有很大的影响，本实验旨在研究其他条件相同时，不同浓度的氢氧化钠溶液对振荡周期的影响。研究方法是利用色度传感器可以捕捉到透光率的下降的信号，描绘出曲线，从而更直观地了解该反应。

四、实验步骤及现象

实验前准备：用10mL量筒量取1mL浓度为2mol/L的NaOH溶液,用另一只10mL量筒量取1mL浓度为8mol/L的NaOH溶液，备用。接下来利用数字化实验完成不同浓度的氢氧化钠溶液对“蓝瓶子”实验的影响的实验探究。

①如图1连接好电脑与色度传感器，打开SWRiLabV8.0信息化数字软件，将30mL针筒注射针头分别插入两个色度传感器并接上同一个增氧泵，新建一个实验模板，选择红色通道，若透光率不是100%，校准色度传感器，将空透明比色皿的透光率校准设为100%，选择测定时间10分钟，间隔1s采集一个数据。等待开始。

②向1号试管中加入10mL0.5mol/L葡萄糖溶液并滴入4滴0.2%亚甲基蓝溶液，充分振荡，将其中一半的溶液倒入2号试管中，向1号试管中加入1mL 2mol/L的NaOH溶液，振荡后，快速向1号色度传感器的比色皿中加入约2mL溶液，并放入色度传感器内，盖上盖子；将2号试管中加入1mL 8mol/L的NaOH溶液，振荡后，快速向2号色度传感器的比色皿中加入约2mL溶液，并放入色度传感器内，盖上盖子，点击软件上的开始按钮，采集数据观察曲线。

③待两条曲线透光率均上升到100%平稳后，打开增氧泵通入空气30秒，可观察到透光率曲线再次下降至平缓，停止通入空气后曲线又上升至透光率为100%，此时再次打开增氧泵通入空气30秒，反复操作2-3次，观察曲线。

④保存实验。

五、实验数据处理及结论

图2

图2 为实验结果图，从两条曲线中可以观察到氢氧化钠溶液浓度较大时，平均反应速率更快（选定区域求导数，斜率更大），亚甲基蓝的振荡周期更短（使用软件中的交叉参考线，计算时间长短，加入1mL 8mol/L的NaOH溶液的振荡周期约为24s，加入1mL 2mol/L的NaOH溶液的振荡周期约为74s）。

六、创新之处及特色

采用两个校准后的色度传感器同时测定不同氢氧化钠溶液浓度条件下的振荡周期，可以减少误差；用增氧泵稳定的气流向比色皿中通入空气替代传统实验上的振荡，可保证通入的空气量相当，操作上更为严谨；从色度传感器的图像中可以选定某个区域进行求导，能直观地观察平均反应速率的快慢，通过使用交叉参考线可以计算和比较不同浓度的氢氧化钠溶液条件下亚甲基蓝变色的振荡周期，避免了人工计时的麻烦和色觉误差。本实验无论是作为课堂演示实验还是作为学生探究实验,都能让学生更直观地感受探究实验中的控制变量法，笔者认为此实验的改进研究也完全符合新课程标准的理念，能够充分激发学生的兴趣并培养严谨的科学研究方法。

［1］张燕，韩金根.“蓝瓶子”实验拓展［J］.实验教学研究，2008（10）:93

［2］［3］熊言林，王闯.蓝瓶子实验最佳反应条件的探究［J］.化学教学，2010（10）:16-17

1008-0546（2017）09-0069-03

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.023

*本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题“教育信息化与高中化学教学深度融合的实践研究”（课题编号：C-c/2016/02/30）阶段性成果之一；江苏省中小学教学研究第十一期立项课题“基于提升学科理解的高中化学课例研究”（课题编号：2015JK11-L114）阶段性成果之一。