任峰 祖保

【摘要】運(yùn)用手持技術(shù)測(cè)定“藍(lán)瓶子”實(shí)驗(yàn)中溶解氧濃度的變化，以探究其大小對(duì)該變色反應(yīng)進(jìn)行方向的影響。從而闡明了振蕩程度的大小和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短與振蕩周期的關(guān)系，以期對(duì)“藍(lán)瓶子”實(shí)驗(yàn)有借鑒和指導(dǎo)作用。

【關(guān)鍵字】藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)? ?溶解氧? ?傳感器

【中圖分類號(hào)】G633.8? ??【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A? ??【文章編號(hào)】1992-7711（2020）10-136-02

“藍(lán)瓶子”實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)中非常重要并受到師生廣泛喜愛的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛞龑?dǎo)學(xué)生了解振蕩反應(yīng)，探究影響化學(xué)反應(yīng)的條件并認(rèn)識(shí)控制反應(yīng)條件的方法。但是對(duì)于反應(yīng)過程中溶液中的溶解氧（dissolved oxygen 簡(jiǎn)稱DO）的濃度變化卻鮮有人研究。我們運(yùn)用手持技術(shù)測(cè)定藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)中溶解氧濃度的變化，以探究其大小對(duì)該變色反應(yīng)進(jìn)行方向的影響。

一、 實(shí)驗(yàn)原理

亞甲藍(lán)是一種常用的氧化還原指示劑。在堿性條件下，使用葡萄糖作為還原劑或溶解氧作為氧化劑，可以使該指示劑在藍(lán)色和無色之間發(fā)生變化。其轉(zhuǎn)化關(guān)系如下所示：

藍(lán)色的亞甲藍(lán)溶液在堿性條件下被葡萄糖還原成無色的亞甲白溶液。實(shí)驗(yàn)時(shí)振蕩盛有上述無色溶液的錐形瓶，使空氣中的氧氣溶入混合液，亞甲白被溶解氧氧化成亞甲藍(lán)，溶液又重新變回藍(lán)色。靜置一段時(shí)間，亞甲藍(lán)再次被葡萄糖還原，變成亞甲白，溶液又一次褪為無色。通過反復(fù)振蕩、靜置，可以使錐形瓶?jī)?nèi)的混合液在藍(lán)色與無色之間來回變化。

發(fā)生在“藍(lán)瓶子”中的這種生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象被稱為亞甲藍(lán)的化學(xué)振蕩。從出現(xiàn)藍(lán)色到褪為無色所消耗的時(shí)間為一個(gè)振蕩周期。振蕩周期的長(zhǎng)短受溶解氧的含量、葡萄糖的濃度、反應(yīng)溫度、氫氧化鈉的用量等因素影響。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究溶解氧的含量對(duì)振蕩周期和反應(yīng)方向的影響。

二、實(shí)驗(yàn)過程

1.按圖1裝置連接好儀器。向250mL燒杯中依次加入3.0 g葡萄糖、2.0 g 氫氧化鈉、100 mL水。待溶解完全后，向其中滴加5滴0.2%的亞甲藍(lán)溶液，輕輕攪拌后靜置。混合液由藍(lán)色褪為無色。

2.把燒杯放在磁力攪拌器上，放入磁子，插入溶解氧傳感器，緩慢攪拌并開始采集。然后逐漸加快攪拌速度，直到溶液變?yōu)樗{(lán)色，再緩緩降低攪拌速度，等到溶液褪為無色時(shí)，再次加快攪拌速度。如此循環(huán)2～3次。所得曲線如圖2.

3.待混合液由藍(lán)色褪為無色后，再次重新開始采集數(shù)據(jù)。一邊使用磁力攪拌器持續(xù)快速攪拌，一邊觀察曲線變化。直到混合液中的溶解氧含量升到最高時(shí)，緩緩降低攪拌速度，等到溶液褪為無色時(shí)，重復(fù)第2步操作。所得曲線如圖3所示。

三、 圖像分析

溶解氧的含量跟大氣壓、空氣中氧氣的分壓、水溫等關(guān)系密切。在20℃、100kPa下，純水飽和時(shí)大約溶解氧9 mg/L.用溶解氧傳感器測(cè)出本實(shí)驗(yàn)所用蒸餾水的溶解氧含量為 8.2 mg/L.

從圖2可以看出，在起始時(shí)溶液中的溶解氧濃度就已經(jīng)降到1.1 mg/L左右，此時(shí)溶液為無色。這個(gè)數(shù)據(jù)說明葡萄糖已經(jīng)消耗了溶液中的大部分溶解氧，此時(shí)空氣中的氧氣溶解的速率等于葡萄糖消耗溶解氧的速率，溶液處于平衡狀態(tài)，溶解氧的濃度保持不變，指示劑已經(jīng)被還原為亞甲基白。然后加快攪拌速度，溶解氧的濃度隨之增大，曲線開始上升。原平衡開始被打破，開始向生成亞甲基藍(lán)的方向移動(dòng)。當(dāng)溶解氧的濃度增大到1.2 mg/L左右時(shí)，已經(jīng)可以看到溶液變?yōu)榈{(lán)色。繼續(xù)攪拌，溶解氧濃度持續(xù)增大，溶液顏色也逐漸加深。當(dāng)溶解氧的濃度增大到1.5 mg/L左右時(shí)，溶液變?yōu)樯钏{(lán)色。減慢攪拌速度，溶解氧濃度開始降低，溶液的顏色開始變淺。當(dāng)溶解氧濃度等于1.2 mg/L左右時(shí)，藍(lán)色褪為無色。溶解氧濃度繼續(xù)降低到1.1 mg/L左右保持不變。至此，一個(gè)循環(huán)結(jié)束，一個(gè)振蕩周期大約經(jīng)歷50 s.

而持續(xù)快速攪拌混合液（見圖3），溶解氧濃度會(huì)不斷上升，直到增大至接近6.0 mg/L后停止上升。此時(shí)距離本實(shí)驗(yàn)所用蒸餾水的溶解氧含量8.2 mg/L還差2.2 mg/L.相應(yīng)地，一個(gè)振蕩周期也延長(zhǎng)到200 s左右。如果恢復(fù)到先前實(shí)驗(yàn)的振蕩程度時(shí)，振蕩周期也就又回到了50 s左右。

四、結(jié)論

由此可見，在其他條件相同和有空氣存在時(shí)，“藍(lán)瓶子”實(shí)驗(yàn)以溶解氧濃度為1.2 mg/L為界限。當(dāng)溶解氧濃度大于1.2 mg/L時(shí)，混合液顯藍(lán)色，小于此濃度時(shí)，褪為無色。振蕩程度越劇烈，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，那么溶解氧的濃度就越大，溶液藍(lán)色就越深，振蕩周期也就越長(zhǎng)。所以在做“藍(lán)瓶子”實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過調(diào)整振蕩混合液的劇烈程度和時(shí)間的長(zhǎng)短來控制振蕩周期和藍(lán)色的深淺，以使實(shí)驗(yàn)達(dá)到最佳效果。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]熊言林，王闖.藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)最佳反應(yīng)條件的探究.化學(xué)教學(xué)[J]2010，（10）：16—18.