饮料变色实验

龙琪

摘要： 饮料变色实验基于生活化学理念和蓝瓶子实验原理而设计。实验原料为日常生活中常见的饮料、管道通疏通剂、食用纯碱和亚甲基蓝鱼缸消毒剂。实验操作和现象是“摇晃变色，摆放褪色”。关键实验条件是饮料类型、碱性强弱和实验温度。

关键词： 蓝瓶子实验； 管道通疏通剂； 亚甲基蓝； 饮料变色； 趣味实验

文章编号： 10056629（2018）2006404中图分类号： G633.8文献标识码： B

为了展现化学与生活的紧密联系，消除公众对化学的误解和恐惧，培养中小学生的化学学习兴趣，以日常生活中常见的饮料为原料，设计了一系列有趣又安全的表演实验。实验操作仅需两步，首先摇晃溶液，然后摆放静置。实验现象是摇晃时溶液颜色发生变化，摆放静置时溶液颜色又复原。“摇晃变色，摆放褪色”的实验操作和实验现象可重复多次。

1饮料变色实验方案

饮料变色实验的操作过程为： 按一定比例混合饮料、碱性溶液和亚甲基蓝溶液。然后摇晃振荡，最后摆放静置。该实验中，饮料类型、碱性强弱、实验温度是关键条件。

1.1饮料类型

饮料类型对实验结果有显著影响。经过多次试验发现，以下饮料的变色速度快，演示效果好，分别是： 统一鲜橙多橙汁饮料、每日C葡萄汁饮品、佳得乐运动饮料（蓝莓味、柠檬味、西柚味、橙味）、力量帝维他命水（石榴蓝莓风味、蓝莓树莓风味、热带水果风味）、康师傅水漾（柠檬口味）、酷乐仕龙卷C（火龙果风味）等。

1.2碱性溶液和实验温度的选择

饮料变色实验要在强碱性条件下进行。生活中常见的碱性较强的物质是管道通疏通剂和食用纯碱。管道通疏通剂中含有大量氢氧化钠，其实验效果优于食用纯碱。本实验所用管道通疏通剂溶液的浓度为10%（下称管道通溶液）。如果采用食用纯碱，不仅要配成饱和溶液，而且还需要加热。通过加热，可以提高反应速率，且能促进纯碱水解，提高氢氧根离子浓度，从而使振荡后的褪色速度加快。

1.3实验方案及效果

[实验原料]上文提及的饮料若干种、管道通

疏通剂、食用纯碱粉末、纯净水（娃哈哈、怡宝、康师傅等，品牌不限，但是商品名必须标有“纯净水”字样）、亚甲基蓝粉末（一种鱼缸消毒剂，可在花鸟虫鱼市场购买）

[实验器材]带刻度的一次性塑料滴管（或者采用玻璃滴管和小量筒）、小烧杯、玻璃棒、试管、打火机（或者开水）

[溶液准备]

（1） 饱和亚甲基蓝溶液： 取少量亚甲基蓝粉末溶于适量纯净水，配制成深蓝色饱和溶液。静置，取上层清液备用。

（2） 10%管道通溶液： 取适量管道通疏通剂颗粒，剔除其中的金属颗粒物。称取10g不含金属颗粒物的管道通疏通剂溶于90mL纯净水，充分搅拌，使其溶解。

（3） 饱和食用纯碱溶液： 称取25g食用纯碱粉末，溶于100mL纯净水，充分搅拌，使其溶解，静置。取上层清液备用。

[实验步骤]

采用10%管道通溶液作为碱性溶液时，实验无需加热。采用饱和食用纯碱溶液作为碱性溶液时，需要加热。因此，碱性溶液不同，实验步骤略有差别。

（1） 采用10%管道通溶液作为碱性溶液

取3mL饮料于试管中。加入2滴至3mL不等的10%管道通溶液，具体用量视饮料类型而定（详见表1）。再加入10～30滴不等的亚甲基蓝溶液（详见表1）。振荡试管，观察溶液颜色变化。静置试管，观察溶液颜色变化。待溶液颜色恢复至振荡前的颜色，再次振荡试管，观察颜色变化，然后静置试管，观察颜色变化。振荡和静置操作可重复多次。

前期研究采用了水漾、龙卷C和鲜橙多橙汁这三种饮料进行实验，均取得较好的实验效果。正是前期研究的成功经验，才使本研究得以深入进行。但是在本次实验中，水漾、龙卷C这两种饮料都没有购买到，因此表1中没有列出相应的实验数据。水漾饮料自身无色，加碱后以及振荡前的颜色也为无色，振荡后为蓝色，静置后褪为无色。龙卷C饮料自身为红色，加碱后变为黄色，加入亚甲基蓝后振荡前为绿色，振荡后为蓝色，静置后褪为绿色。

（2） 碱液采用饱和食用纯碱溶液

取1～3mL饮料于试管中（详见表2）。加入1～3mL不等的饱和食用纯碱溶液。再加入10～30滴不等的亚甲基蓝溶液，振荡试管，观察溶液颜色变化。加热试管中的混合溶液，加热方法可用酒精灯（或打火机或60℃以上的热水浴）。静置试管，观察溶液颜色变化。待溶液颜色恢复至振荡前颜色，再次振荡试管，观察颜色变化，然后静置试管，观察颜色变化。振荡和静置操作可重复多次。

采用饱和食用纯碱作为碱性溶液时，力量帝（热带水果风味）不需要加热条件亦可观察到溶液褪色现象，比其他饮料操作起来更加方便。

实验中还发现，力量帝（石榴藍莓风味）中含有紫薯提取物，在加入纯碱溶液时，呈现出丰富多彩的颜色。花青素是紫薯提取物的主要成分，它是一种很好的酸碱指示剂，在酸性条件下显红色（深红、玫红），在中性条件下为紫色，在碱性条件下，随着碱性增强，依次呈现蓝色、绿色、黄色以及两种颜色的混合色。也就是说，花青素在从强酸性到强碱性的pH递变过程中，依次会出现以下10种颜色： 深红、玫红、红紫、紫色、蓝紫、蓝色、蓝绿、绿色、黄绿、黄色。因此，石榴蓝莓风味的力量帝饮料不仅可以用来做变色实验，而且还可以用来做酸碱指示剂的趣味实验： 取50mL力量帝（石榴蓝莓风味）饮料，逐滴加入饱和食用纯碱溶液，当溶液颜色呈现红紫时，从红紫→紫色→蓝紫→蓝色的颜色阶段，只需加入一滴食用纯碱溶液即可引起颜色变化。

前期研究还发现，酷乐仕龙卷C（火龙果风味）也可做酸碱指示剂，但是颜色不多，仅有红色和黄色两种。在中性和酸性条件下，显示的是酷乐仕龙卷C（火龙果风味）自身的红色。在碱性条件下显黄色，碱性越强，黄色越深。在变色实验中，酷乐仕龙卷C（火龙果风味）振荡前显绿色，振荡后显蓝色，而原液显红色，原液加碱液后显黄色。红黄绿是交通灯的三种颜色，红黄蓝又是三原色，因此，采用酷乐仕龙卷C（火龙果风味）进行变色实验，可以进行多种有趣的联系生活的情境设计。

2饮料变色实验反应原理

本文所述变色实验是基于经典趣味化学实验蓝瓶子实验的反应原理而设计。蓝瓶子实验的现象是无色溶液振荡后变成蓝色，静置后褪为无色，此现象具有可重复性。该实验常被用于化学表演类活动以及化学动力学问题的探究教学。经典蓝瓶子实验所用试剂为葡萄糖、氢氧化钠和亚甲基蓝。实验过程及实验原理如表3所示[1]： 蓝瓶子实验中，葡萄糖、氢氧化钠和亚甲基蓝都是一级反应。氧气为零级反应。意味着葡萄糖、氢氧化钠和亚甲基蓝的浓度越大，颜色变化越快。而氧气浓度对反应速率却没有影响。

1994年，托里弗（Tolliver）和库克（Cook）发现，蓝瓶子实验中的葡萄糖可换成其他糖类，比如D核糖、D果糖等[2]。1997年，斯尼哈拉萨（Snehalatha）等发现，以硫酸或者盐酸酸化的亚甲基蓝溶液中加入维生素C，也可以呈现蓝瓶子实验的现象[3]。

3饮料变色实验的创新方法

鉴于时间和精力有限，本研究不能穷尽所有市售饮料进行变色实验。根据反应机理，可以根据需要对本文所述变色实验加以改进和创新。首先，在饮料选择上，成分中含有葡萄糖或者其他糖类物质以及含有维生素C的饮料，原则上均可用于变色实验。其次，要控制好实验条件，将振荡后溶液的褪色时间控制在最佳范围内。笔者多次实验之后发现，5～15秒的褪色时间效果较好。

饮料变色实验中，要解决的难题是加快饮料的褪色速率。本实验中，能够提高反应速率的因素主要是浓度和温度。从反应机理可知，若提高糖类物质、维生素C、碱性溶液和亚甲基蓝溶液的浓度，或者提高反应温度均可达到实验目的。

市售饮料中的各项成分一般是固定不变的，其中糖类物质或者维生素C含量无法改变。但在购买饮料时，可以通过饮料瓶上的成分标识，选择糖类物质或者维生素C含量稍高的饮料进行实验。

溶液碱性越强，褪色速度越快。但是实验发现，如果碱性过强，在亚甲基蓝溶液加入后溶液就立刻褪色，甚至不出现颜色变化，不利于观察振荡前颜色。反之，如果溶液碱性太弱，又会使褪色速度过慢，从而降低实验的趣味性。实验改进时，可参考表1、表2中的实验数据，对碱液用量进行调整。

温度是影响实验速率的关键因素。关于温度与反应速率之间的关系，有个经验规则： 温度每升高10℃，反应速率约提高一倍。实验改进时，如果浓度因素不能达到实验目的，可通过改变溶液温度的办法，对褪色时间加以控制。

4結语

蓝瓶子实验是著名的化学趣味实验之一，但是所用试剂均为实验室里的化学药品，远离学生的生活世界。基于生活化学的教育理念，根据蓝瓶子实验的反应机理，笔者对经典蓝瓶子实验进行生活化设计，采用日常生活中常见的饮料、管道通疏通剂、食用纯碱和亚甲基蓝鱼缸消毒剂等进行实验，不仅重现了经典，而且比经典实验更加安全，便于携带，颜色也更丰富多彩。饮料变色实验不仅可作为教师演示实验，还可用于学生操作实验，甚至可作为家庭科学教育活动和亲子游戏，培养学生的科学兴趣。

参考文献：

[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.