龍琪

摘要： 飲料變色實(shí)驗(yàn)基于生活化學(xué)理念和藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)原理而設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)原料為日常生活中常見(jiàn)的飲料、管道通疏通劑、食用純堿和亞甲基藍(lán)魚(yú)缸消毒劑。實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象是“搖晃變色，擺放褪色”。關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)條件是飲料類型、堿性強(qiáng)弱和實(shí)驗(yàn)溫度。

關(guān)鍵詞： 藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)； 管道通疏通劑； 亞甲基藍(lán)； 飲料變色； 趣味實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)： 10056629（2018）2006404中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

為了展現(xiàn)化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系，消除公眾對(duì)化學(xué)的誤解和恐懼，培養(yǎng)中小學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，以日常生活中常見(jiàn)的飲料為原料，設(shè)計(jì)了一系列有趣又安全的表演實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)操作僅需兩步，首先搖晃溶液，然后擺放靜置。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是搖晃時(shí)溶液顏色發(fā)生變化，擺放靜置時(shí)溶液顏色又復(fù)原?！皳u晃變色，擺放褪色”的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可重復(fù)多次。

1飲料變色實(shí)驗(yàn)方案

飲料變色實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程為： 按一定比例混合飲料、堿性溶液和亞甲基藍(lán)溶液。然后搖晃振蕩，最后擺放靜置。該實(shí)驗(yàn)中，飲料類型、堿性強(qiáng)弱、實(shí)驗(yàn)溫度是關(guān)鍵條件。

1.1飲料類型

飲料類型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有顯著影響。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以下飲料的變色速度快，演示效果好，分別是： 統(tǒng)一鮮橙多橙汁飲料、每日C葡萄汁飲品、佳得樂(lè)運(yùn)動(dòng)飲料（藍(lán)莓味、檸檬味、西柚味、橙味）、力量帝維他命水（石榴藍(lán)莓風(fēng)味、藍(lán)莓樹(shù)莓風(fēng)味、熱帶水果風(fēng)味）、康師傅水漾（檸檬口味）、酷樂(lè)仕龍卷C（火龍果風(fēng)味）等。

1.2堿性溶液和實(shí)驗(yàn)溫度的選擇

飲料變色實(shí)驗(yàn)要在強(qiáng)堿性條件下進(jìn)行。生活中常見(jiàn)的堿性較強(qiáng)的物質(zhì)是管道通疏通劑和食用純堿。管道通疏通劑中含有大量氫氧化鈉，其實(shí)驗(yàn)效果優(yōu)于食用純堿。本實(shí)驗(yàn)所用管道通疏通劑溶液的濃度為10%（下稱管道通溶液）。如果采用食用純堿，不僅要配成飽和溶液，而且還需要加熱。通過(guò)加熱，可以提高反應(yīng)速率，且能促進(jìn)純堿水解，提高氫氧根離子濃度，從而使振蕩后的褪色速度加快。

1.3實(shí)驗(yàn)方案及效果

[實(shí)驗(yàn)原料]上文提及的飲料若干種、管道通

疏通劑、食用純堿粉末、純凈水（娃哈哈、怡寶、康師傅等，品牌不限，但是商品名必須標(biāo)有“純凈水”字樣）、亞甲基藍(lán)粉末（一種魚(yú)缸消毒劑，可在花鳥(niǎo)蟲(chóng)魚(yú)市場(chǎng)購(gòu)買）

[實(shí)驗(yàn)器材]帶刻度的一次性塑料滴管（或者采用玻璃滴管和小量筒）、小燒杯、玻璃棒、試管、打火機(jī)（或者開(kāi)水）

[溶液準(zhǔn)備]

（1） 飽和亞甲基藍(lán)溶液： 取少量亞甲基藍(lán)粉末溶于適量純凈水，配制成深藍(lán)色飽和溶液。靜置，取上層清液備用。

（2） 10%管道通溶液： 取適量管道通疏通劑顆粒，剔除其中的金屬顆粒物。稱取10g不含金屬顆粒物的管道通疏通劑溶于90mL純凈水，充分?jǐn)嚢?，使其溶解?/p>

（3） 飽和食用純堿溶液： 稱取25g食用純堿粉末，溶于100mL純凈水，充分?jǐn)嚢瑁蛊淙芙?，靜置。取上層清液備用。

[實(shí)驗(yàn)步驟]

采用10%管道通溶液作為堿性溶液時(shí)，實(shí)驗(yàn)無(wú)需加熱。采用飽和食用純堿溶液作為堿性溶液時(shí)，需要加熱。因此，堿性溶液不同，實(shí)驗(yàn)步驟略有差別。

（1） 采用10%管道通溶液作為堿性溶液

取3mL飲料于試管中。加入2滴至3mL不等的10%管道通溶液，具體用量視飲料類型而定（詳見(jiàn)表1）。再加入10～30滴不等的亞甲基藍(lán)溶液（詳見(jiàn)表1）。振蕩試管，觀察溶液顏色變化。靜置試管，觀察溶液顏色變化。待溶液顏色恢復(fù)至振蕩前的顏色，再次振蕩試管，觀察顏色變化，然后靜置試管，觀察顏色變化。振蕩和靜置操作可重復(fù)多次。

前期研究采用了水漾、龍卷C和鮮橙多橙汁這三種飲料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，均取得較好的實(shí)驗(yàn)效果。正是前期研究的成功經(jīng)驗(yàn)，才使本研究得以深入進(jìn)行。但是在本次實(shí)驗(yàn)中，水漾、龍卷C這兩種飲料都沒(méi)有購(gòu)買到，因此表1中沒(méi)有列出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。水漾飲料自身無(wú)色，加堿后以及振蕩前的顏色也為無(wú)色，振蕩后為藍(lán)色，靜置后褪為無(wú)色。龍卷C飲料自身為紅色，加堿后變?yōu)辄S色，加入亞甲基藍(lán)后振蕩前為綠色，振蕩后為藍(lán)色，靜置后褪為綠色。

（2） 堿液采用飽和食用純堿溶液

取1～3mL飲料于試管中（詳見(jiàn)表2）。加入1～3mL不等的飽和食用純堿溶液。再加入10～30滴不等的亞甲基藍(lán)溶液，振蕩試管，觀察溶液顏色變化。加熱試管中的混合溶液，加熱方法可用酒精燈（或打火機(jī)或60℃以上的熱水?。ｌo置試管，觀察溶液顏色變化。待溶液顏色恢復(fù)至振蕩前顏色，再次振蕩試管，觀察顏色變化，然后靜置試管，觀察顏色變化。振蕩和靜置操作可重復(fù)多次。

采用飽和食用純堿作為堿性溶液時(shí)，力量帝（熱帶水果風(fēng)味）不需要加熱條件亦可觀察到溶液褪色現(xiàn)象，比其他飲料操作起來(lái)更加方便。

實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，力量帝（石榴藍(lán)莓風(fēng)味）中含有紫薯提取物，在加入純堿溶液時(shí)，呈現(xiàn)出豐富多彩的顏色?；ㄇ嗨厥亲鲜硖崛∥锏闹饕煞?，它是一種很好的酸堿指示劑，在酸性條件下顯紅色（深紅、玫紅），在中性條件下為紫色，在堿性條件下，隨著堿性增強(qiáng)，依次呈現(xiàn)藍(lán)色、綠色、黃色以及兩種顏色的混合色。也就是說(shuō)，花青素在從強(qiáng)酸性到強(qiáng)堿性的pH遞變過(guò)程中，依次會(huì)出現(xiàn)以下10種顏色： 深紅、玫紅、紅紫、紫色、藍(lán)紫、藍(lán)色、藍(lán)綠、綠色、黃綠、黃色。因此，石榴藍(lán)莓風(fēng)味的力量帝飲料不僅可以用來(lái)做變色實(shí)驗(yàn)，而且還可以用來(lái)做酸堿指示劑的趣味實(shí)驗(yàn)： 取50mL力量帝（石榴藍(lán)莓風(fēng)味）飲料，逐滴加入飽和食用純堿溶液，當(dāng)溶液顏色呈現(xiàn)紅紫時(shí)，從紅紫→紫色→藍(lán)紫→藍(lán)色的顏色階段，只需加入一滴食用純堿溶液即可引起顏色變化。

前期研究還發(fā)現(xiàn)，酷樂(lè)仕龍卷C（火龍果風(fēng)味）也可做酸堿指示劑，但是顏色不多，僅有紅色和黃色兩種。在中性和酸性條件下，顯示的是酷樂(lè)仕龍卷C（火龍果風(fēng)味）自身的紅色。在堿性條件下顯黃色，堿性越強(qiáng)，黃色越深。在變色實(shí)驗(yàn)中，酷樂(lè)仕龍卷C（火龍果風(fēng)味）振蕩前顯綠色，振蕩后顯藍(lán)色，而原液顯紅色，原液加堿液后顯黃色。紅黃綠是交通燈的三種顏色，紅黃藍(lán)又是三原色，因此，采用酷樂(lè)仕龍卷C（火龍果風(fēng)味）進(jìn)行變色實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)行多種有趣的聯(lián)系生活的情境設(shè)計(jì)。

2飲料變色實(shí)驗(yàn)反應(yīng)原理

本文所述變色實(shí)驗(yàn)是基于經(jīng)典趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理而設(shè)計(jì)。藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是無(wú)色溶液振蕩后變成藍(lán)色，靜置后褪為無(wú)色，此現(xiàn)象具有可重復(fù)性。該實(shí)驗(yàn)常被用于化學(xué)表演類活動(dòng)以及化學(xué)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的探究教學(xué)。經(jīng)典藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)所用試劑為葡萄糖、氫氧化鈉和亞甲基藍(lán)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)原理如表3所示[1]： 藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)中，葡萄糖、氫氧化鈉和亞甲基藍(lán)都是一級(jí)反應(yīng)。氧氣為零級(jí)反應(yīng)。意味著葡萄糖、氫氧化鈉和亞甲基藍(lán)的濃度越大，顏色變化越快。而氧氣濃度對(duì)反應(yīng)速率卻沒(méi)有影響。

1994年，托里弗（Tolliver）和庫(kù)克（Cook）發(fā)現(xiàn)，藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)中的葡萄糖可換成其他糖類，比如D核糖、D果糖等[2]。1997年，斯尼哈拉薩（Snehalatha）等發(fā)現(xiàn)，以硫酸或者鹽酸酸化的亞甲基藍(lán)溶液中加入維生素C，也可以呈現(xiàn)藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象[3]。

3飲料變色實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新方法

鑒于時(shí)間和精力有限，本研究不能窮盡所有市售飲料進(jìn)行變色實(shí)驗(yàn)。根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，可以根據(jù)需要對(duì)本文所述變色實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)和創(chuàng)新。首先，在飲料選擇上，成分中含有葡萄糖或者其他糖類物質(zhì)以及含有維生素C的飲料，原則上均可用于變色實(shí)驗(yàn)。其次，要控制好實(shí)驗(yàn)條件，將振蕩后溶液的褪色時(shí)間控制在最佳范圍內(nèi)。筆者多次實(shí)驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，5～15秒的褪色時(shí)間效果較好。

飲料變色實(shí)驗(yàn)中，要解決的難題是加快飲料的褪色速率。本實(shí)驗(yàn)中，能夠提高反應(yīng)速率的因素主要是濃度和溫度。從反應(yīng)機(jī)理可知，若提高糖類物質(zhì)、維生素C、堿性溶液和亞甲基藍(lán)溶液的濃度，或者提高反應(yīng)溫度均可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

市售飲料中的各項(xiàng)成分一般是固定不變的，其中糖類物質(zhì)或者維生素C含量無(wú)法改變。但在購(gòu)買飲料時(shí)，可以通過(guò)飲料瓶上的成分標(biāo)識(shí)，選擇糖類物質(zhì)或者維生素C含量稍高的飲料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

溶液堿性越強(qiáng)，褪色速度越快。但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果堿性過(guò)強(qiáng)，在亞甲基藍(lán)溶液加入后溶液就立刻褪色，甚至不出現(xiàn)顏色變化，不利于觀察振蕩前顏色。反之，如果溶液堿性太弱，又會(huì)使褪色速度過(guò)慢，從而降低實(shí)驗(yàn)的趣味性。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)時(shí)，可參考表1、表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)堿液用量進(jìn)行調(diào)整。

溫度是影響實(shí)驗(yàn)速率的關(guān)鍵因素。關(guān)于溫度與反應(yīng)速率之間的關(guān)系，有個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則： 溫度每升高10℃，反應(yīng)速率約提高一倍。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)時(shí)，如果濃度因素不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赏ㄟ^(guò)改變?nèi)芤簻囟鹊霓k法，對(duì)褪色時(shí)間加以控制。

4結(jié)語(yǔ)

藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)是著名的化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)之一，但是所用試劑均為實(shí)驗(yàn)室里的化學(xué)藥品，遠(yuǎn)離學(xué)生的生活世界?；谏罨瘜W(xué)的教育理念，根據(jù)藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)機(jī)理，筆者對(duì)經(jīng)典藍(lán)瓶子實(shí)驗(yàn)進(jìn)行生活化設(shè)計(jì)，采用日常生活中常見(jiàn)的飲料、管道通疏通劑、食用純堿和亞甲基藍(lán)魚(yú)缸消毒劑等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅重現(xiàn)了經(jīng)典，而且比經(jīng)典實(shí)驗(yàn)更加安全，便于攜帶，顏色也更豐富多彩。飲料變色實(shí)驗(yàn)不僅可作為教師演示實(shí)驗(yàn)，還可用于學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，甚至可作為家庭科學(xué)教育活動(dòng)和親子游戲，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣。

參考文獻(xiàn)：

[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.