中学化学趣味演示实验绿色化探究及拓展

张小丹 吴佳妮

摘要：“蓝瓶子”实验因呈现蓝白周期性变化，常作为中学化学课堂的趣味演示实验，激发学生学习化学的兴趣和科学探究的欲望。但传统“蓝瓶子”实验中需使用大量强碱参与反应，本文改进使用绿色的还原剂抗坏血酸（Vc），通过探究实验反应条件，得到一种绿色环保的、变色周期短、实验现象明显的适于中学课堂演示的趣味实验方案，为中学化学演示实验教学提供参考。

关键词：蓝瓶子；还原剂；振荡

化学是一门以实验为基础的自然科学，在深化教育改革的背景下，要求化学教师的教学手段和方法多样化，尤其要多以实验为载体来丰富课堂内容和形式[1]，而趣味化学实验对激发学生的学习热情和探究欲望起着重要作用。新课标人教版和苏教版的高中化学教材在“化学实验”选修模块中都引用了“蓝瓶子”实验，意在引起学生对化学的热情，并通过该实验了解震荡反应[2]。此外，现今的教学理念，“低碳环保性”逐渐体现在化学课堂上[1]，化学实验不仅要增强趣味性，还要关注实验的“经济环保”性。基于传统“蓝瓶子”实验中使用葡萄糖作为还原剂，需要在极强碱性条件下完成实验，本文将选取一种绿色还原剂——抗坏血酸（Vc）代替葡萄糖作为改进，探究其反应的最佳条件，对比总结出环保、周期和现象更优于传统“蓝瓶子”实验的课堂演示的实验方案。

仪器和试剂

实验仪器：150mL锥形瓶、电子天平

实验试剂：抗坏血酸，亚甲蓝（指示剂），氢氧化钠，碳酸氢钠，碳酸钠，二水氯化铜

实验方法

称取一定量还原剂和碱加入150 mL锥形瓶中，加入50 mL蒸馏水溶解，滴加一定量的指示剂溶液，以每秒两次的频率振荡锥形瓶，摇匀，静置；待溶液颜色褪去后，重复振荡操作，观察溶液颜色变化，记录10 min内蓝色-无色-蓝色的周期颜色变化的时长。当混合液最终呈现为黄棕色，颜色不再变化时，反应进行完全，溶液不能用于阐明现象[3]。

实验结果

（1）指示剂亚甲蓝用量探究

抗坏血酸有很强的还原性，在碱性溶液中，能将指示剂亚甲蓝还原褪色，并不能发生可逆氧化，但加入微量铜离子能降低抗坏血酸的还原性[4]，从而使“蓝瓶子”中的可逆反应恢复，因此，实验中均加入一定量的铜离子。从表1得出，滴加1 d 0.2%亚甲蓝溶液的周期最短，但溶液颜色较浅，不利于课堂实验学生观察，因此，选择3 d亚甲蓝进行后续实验。

（2）还原剂Vc用量的探究

还原剂Vc用于还原亚甲蓝成亚甲基白，还原剂量太少，不足以完全还原亚基藍，溶液蓝色不易褪去；还原剂量过多，导致亚甲基白被氧化成亚甲蓝的时间过长，溶液颜色不易恢复，不利于课堂演示，因此，有必要探究还原剂Vc的用量。

从表2中得出，只加入0.2 g抗坏血酸，30 min后仍蓝色也未褪去；加入0.5 g和0.7 g抗坏血酸，蓝白互变的周期均最短，因此，从绿色化学、节约药品的理念出发，选择0.5 g为Vc的最佳用量。

（3）碱性条件的探究

从表3得出，在不加入碳酸氢钠条件也能发生反应，而加入0.01g碳酸氢钠周期最短。但不加入碳酸氢钠的实验周期比最佳条件下的实验周期仅多20 s，也在2 min以内，本着节约药品的原则，课堂演示实验可不加入碳酸氢钠。

综上所述，使用抗坏血酸作为绿色还原剂时，“蓝瓶子”实验最佳课堂演示反应条件为：50 mL蒸馏水中加入0.5 g抗坏血酸，0.03 g二水氯化铜，滴加3 d 0.2%亚甲蓝溶液，实验平均周期1′51。

（4）蓝瓶子实验拓展

“蓝瓶子”实验中，溶液颜色只能从蓝色变为无色，再由无色变为蓝色，变化太过单一。如果让实验变成“彩瓶子”实验，多彩绚丽的颜色个更能有效吸引学生的注意力。由于该实验过程中溶液酸碱性在不断变化，可以加入实验室常用的酸碱指示剂来丰富颜色的变化[5]，如酚酞。酚酞在碱性条件下显红色，与“蓝瓶子”的蓝色叠加起来呈紫色，现象如表4。因此，可以作为 “蓝瓶子”实验的拓展进行教学演示。

表4 “彩瓶子”实验

加入酸碱指示剂 氧化态——还原态

酚酞

此外，实验发现，将“蓝瓶子”实验混合溶液震荡静置后，可以看到溶液出现有序结构图案（如表5）。指示剂-还原剂-氧反应体系中的点和线图案被称为自组织图案[6]。将溶液倒入培养皿中，在一段时间后颜色消失时形成图案。影响图案形成的因素有很多，如溶液的组成、溶液的厚度和表面积、温度和时间。将指示剂加入溶液后，在5 min内就能形成清晰的图案，最终发展成类似于植物叶上的血管或维管束的“网络线”。在课堂上，教师可以用表面皿盛装溶液进行演示实验，利用投影仪放映给学生观看，让学生感受这一奇妙的化学变化。

表5 “蓝瓶子”实验的自组织图案

时间 0min 1min 2min 3min

图案

结论

相较于传统的“蓝瓶子”实验，以抗坏血酸为绿色还原剂作为中学课堂趣味化学演示实验具有一定优势。实验中只需弱碱性或不加碱就能成功，改进方法绿色环保、操作简单、周期短、现象明显，适用于中学化学实验演示，具有一定参考价值。

参考文献：

[1]杨晓，丁伟.不需要NaOH的“蓝瓶子”实验[J].教学仪器与实验，2012，28（5）：14-15.

[2]张燕，韩金根.“蓝瓶子”实验拓展[J].化学教与学，2012，（10）：93-94.

[3]许文皓，罗明标.探究“蓝瓶子”实验最佳的课堂演示反应条件[J].化学教与学，2016，（10）：84-86.

[4]范淑平，陈凯，张凤，蔡敏尧.让“蓝瓶子”变绿[J].教学仪器与实验，2008，24（3）：27-28.

[5]刘文明，王应红，李佳芳，万东海.“蓝瓶子”变“彩瓶子”的实验研究[J].化学教与学，2013，（15）：90.

[6]U. Rajchakit and T. Limpanuparb， Greening the Traffic Light：Air Oxidation of Vitamin C Catalyzed by Indicators， J. Chem. Educ.， 2016，93，1486–1489.

作者简介：张小丹（1986年12月），女，四川彭州，西南大学，硕士，实验师讲师，主要从事分析化学研究。