沈小祥

（江蘇省如東高級中學(xué)江蘇如東226400）

利用數(shù)字化實驗探究“藍(lán)瓶子”實驗的影響因素*
——以堿的濃度對其影響為例

沈小祥

（江蘇省如東高級中學(xué)江蘇如東226400）

“藍(lán)瓶子”實驗是一個趣味實驗，該實驗中最佳容積選擇、反應(yīng)溫度、氫氧化鈉的用量等因素都會影響其實驗現(xiàn)象，該實驗旨在利用數(shù)字化實驗，采用控制變量的方法研究不同濃度的氫氧化鈉溶液對“藍(lán)瓶子”實驗振蕩周期長短的影響，讓學(xué)生更直觀地感受“藍(lán)瓶子”實驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究方法。

“藍(lán)瓶子”實驗;數(shù)字化實驗;亞甲基藍(lán);振蕩周期

“藍(lán)瓶子”實驗是一個趣味實驗，學(xué)生已經(jīng)在必修一學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)，對氧化還原的過程有一定的了解，而且他們在化學(xué)反應(yīng)原理這一本書中也已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡及其影響因素，這為實驗原理的理解和影響因素的實驗探究打下良好的知識基礎(chǔ)；學(xué)生已經(jīng)初步了解到實驗中的控制變量法，但還有待在實驗中更好地體會。在數(shù)據(jù)庫中以“藍(lán)瓶子”為關(guān)鍵詞搜索，共發(fā)現(xiàn)相關(guān)文獻(xiàn)16篇，但大多是關(guān)于藍(lán)瓶子反應(yīng)最佳條件探究、圍繞藍(lán)瓶子實驗設(shè)計教學(xué)案例和實驗拓展等方面，均是利用錐形瓶或試管完成的，且沒有找到一篇關(guān)于數(shù)字化實驗方面的相關(guān)研究[1］[2］。數(shù)字化實驗在我國雖然已經(jīng)開展多年，但是在像我們這樣的縣域中學(xué)才開展不久，學(xué)生迫切想了解這一領(lǐng)域的相關(guān)知識，本實驗旨在利用數(shù)字化實驗完成采用控制變量的方法研究不同濃度的氫氧化鈉溶液對“藍(lán)瓶子”實驗的影響，讓學(xué)生更直觀地感受“藍(lán)瓶子”實驗的樂趣，同時若開展學(xué)生實驗，也能提升學(xué)生實驗技能，有助于后繼各種實驗的學(xué)習(xí)。

一、實驗儀器、藥品及用品

試管、量筒（3只）、兩套色度傳感器（含比色皿）、電腦、數(shù)據(jù)采集器、30mL針筒注射器針頭（2枚）、增氧泵（經(jīng)測算工作時每秒鼓出空氣約5mL）、0.2%的亞甲基藍(lán)溶液、0.5mol/L葡萄糖溶液、2mol/LNaOH溶液、8mol/LNaOH溶液。

二、實驗裝置

如圖1所示連接好相關(guān)儀器。

圖1

三、實驗原理

亞甲基藍(lán)是一種氧化還原指示劑，其氧化型呈藍(lán)色，還原型呈無色。

氧化型（藍(lán)色）+ne-■■■■還原型（無色）

總反應(yīng)為

將葡萄糖的堿性溶液放在試管中，滴加亞甲基藍(lán)指示劑，溶液呈藍(lán)色；靜置一段時間，由于亞甲基藍(lán)被葡萄糖還原轉(zhuǎn)化為還原型，溶液褪色；振蕩后，溶液上方的氧氣進(jìn)入溶液，亞甲基藍(lán)又轉(zhuǎn)化為氧化型，溶液又呈藍(lán)色。在振蕩與靜置之間，溶液中的氧氣的量發(fā)生變化，溶液的顏色也隨之變化，直至溶液中的葡萄糖或瓶中的氧氣被耗盡。這種現(xiàn)象又稱為亞甲基藍(lán)的化學(xué)振蕩。由藍(lán)色出現(xiàn)至變成無色所需要的時間稱之為振蕩周期，振蕩周期的長短受反應(yīng)條件如亞甲基藍(lán)溶液的最佳容積選擇、反應(yīng)溫度、氫氧化鈉的用量等因素的影響[3］。

根據(jù)以上實驗原理，不難發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉的濃度對實驗有很大的影響，本實驗旨在研究其他條件相同時，不同濃度的氫氧化鈉溶液對振蕩周期的影響。研究方法是利用色度傳感器可以捕捉到透光率的下降的信號，描繪出曲線，從而更直觀地了解該反應(yīng)。

四、實驗步驟及現(xiàn)象

實驗前準(zhǔn)備：用10mL量筒量取1mL濃度為2mol/L的NaOH溶液,用另一只10mL量筒量取1mL濃度為8mol/L的NaOH溶液，備用。接下來利用數(shù)字化實驗完成不同濃度的氫氧化鈉溶液對“藍(lán)瓶子”實驗的影響的實驗探究。

①如圖1連接好電腦與色度傳感器，打開SWRiLabV8.0信息化數(shù)字軟件，將30mL針筒注射針頭分別插入兩個色度傳感器并接上同一個增氧泵，新建一個實驗?zāi)０?，選擇紅色通道，若透光率不是100%，校準(zhǔn)色度傳感器，將空透明比色皿的透光率校準(zhǔn)設(shè)為100%，選擇測定時間10分鐘，間隔1s采集一個數(shù)據(jù)。等待開始。

②向1號試管中加入10mL0.5mol/L葡萄糖溶液并滴入4滴0.2%亞甲基藍(lán)溶液，充分振蕩，將其中一半的溶液倒入2號試管中，向1號試管中加入1mL 2mol/L的NaOH溶液，振蕩后，快速向1號色度傳感器的比色皿中加入約2mL溶液，并放入色度傳感器內(nèi)，蓋上蓋子；將2號試管中加入1mL 8mol/L的NaOH溶液，振蕩后，快速向2號色度傳感器的比色皿中加入約2mL溶液，并放入色度傳感器內(nèi)，蓋上蓋子，點擊軟件上的開始按鈕，采集數(shù)據(jù)觀察曲線。

③待兩條曲線透光率均上升到100%平穩(wěn)后，打開增氧泵通入空氣30秒，可觀察到透光率曲線再次下降至平緩，停止通入空氣后曲線又上升至透光率為100%，此時再次打開增氧泵通入空氣30秒，反復(fù)操作2-3次，觀察曲線。

④保存實驗。

五、實驗數(shù)據(jù)處理及結(jié)論

圖2

圖2 為實驗結(jié)果圖，從兩條曲線中可以觀察到氫氧化鈉溶液濃度較大時，平均反應(yīng)速率更快（選定區(qū)域求導(dǎo)數(shù)，斜率更大），亞甲基藍(lán)的振蕩周期更短（使用軟件中的交叉參考線，計算時間長短，加入1mL 8mol/L的NaOH溶液的振蕩周期約為24s，加入1mL 2mol/L的NaOH溶液的振蕩周期約為74s）。

六、創(chuàng)新之處及特色

采用兩個校準(zhǔn)后的色度傳感器同時測定不同氫氧化鈉溶液濃度條件下的振蕩周期，可以減少誤差；用增氧泵穩(wěn)定的氣流向比色皿中通入空氣替代傳統(tǒng)實驗上的振蕩，可保證通入的空氣量相當(dāng)，操作上更為嚴(yán)謹(jǐn)；從色度傳感器的圖像中可以選定某個區(qū)域進(jìn)行求導(dǎo)，能直觀地觀察平均反應(yīng)速率的快慢，通過使用交叉參考線可以計算和比較不同濃度的氫氧化鈉溶液條件下亞甲基藍(lán)變色的振蕩周期，避免了人工計時的麻煩和色覺誤差。本實驗無論是作為課堂演示實驗還是作為學(xué)生探究實驗,都能讓學(xué)生更直觀地感受探究實驗中的控制變量法，筆者認(rèn)為此實驗的改進(jìn)研究也完全符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的理念，能夠充分激發(fā)學(xué)生的興趣并培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究方法。

［1］張燕，韓金根.“藍(lán)瓶子”實驗拓展［J］.實驗教學(xué)研究，2008（10）:93

［2］［3］熊言林，王闖.藍(lán)瓶子實驗最佳反應(yīng)條件的探究［J］.化學(xué)教學(xué)，2010（10）:16-17

1008-0546（2017）09-0069-03

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.023

*本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“教育信息化與高中化學(xué)教學(xué)深度融合的實踐研究”（課題編號：C-c/2016/02/30）階段性成果之一；江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十一期立項課題“基于提升學(xué)科理解的高中化學(xué)課例研究”（課題編號：2015JK11-L114）階段性成果之一。