品红溶液异常的褪色现象引发的探究

品红溶液异常的褪色现象引发的探究 1 1 问题的产生 问题的产生 SO2使品红溶液褪色的实验 课本上用硫酸和亚硫酸钠反应产生的 SO2通入到品 红溶液中 使粉红色品红溶液褪色 大家发现 SO2通入到品红溶液中往往需要数 分钟才能使溶液颜色褪尽 有学生提出该实验是否改为在品红溶液中先后加入 Na2SO3粉末和稀硫酸 认为这样可从品红溶液中直接产生的 SO2 从而加快溶液 褪色速度 且又简化实验装置和操作 还能大大减少 SO2对空气的污染 当我 们在品红溶液中加入少量 Na2SO3粉末 还没加入稀硫酸时 发现品红溶液已迅 速褪色了 比 SO2通入品红溶液褪色快得多 为什么品红溶液中加入 Na2SO3粉末 会很快褪色 这个问题引发了学生浓厚的兴趣 一致认为该异常现象值得探究 2 2 实验与分析 实验与分析 所用仪器 18 200mm 试管 胶头滴管 酒精灯 二氧化硫发生装置等 所用药品 品红溶液 Na2SO3粉末 无水酒精 NaHSO3粉末 15 NaOH 溶液 Na2CO3粉末 乙醛溶液 2mol L 硫酸等 2 12 1 引发出问题的实验 引发出问题的实验 实验一 SO2通入品红溶液数分钟后可使品红褪色 对该褪色的品红溶液用 酒精灯加加热 溶液又变为红色 实验二 少量 Na2SO3粉末加入品红溶液后品红在瞬间褪色 褪色速度比 SO2使品红溶液褪色 快得多 对该褪色的品红溶液用酒精灯加加热 溶液还 是无色 从实验二的现象可推测 在实验一中导致品红溶液褪色很可能不是 SO2本身直接 与品红作用 有可能是 SO2与品红溶液中的水反应生成了亚硫酸或亚硫酸电离产 生的亚硫酸根 SO32 或亚硫酸氢根 HSO3 离子与品红作用的结果 在实验二中除了 可能有上述亚硫酸根 亚硫酸氢根离子的作用外 当然也可能有其他使得品红褪 色的原因 例如品红在 Na2SO3水解后的碱性条件下是否也会引起褪色呢 2 22 2 设计和验证 设计和验证 我们主要从以下两个方面考虑 1 SO2使品红溶液褪色是 SO2本身直接与品红结合成不稳定的化合物 还是需要 有水的参与 2 加入 Na2SO3粉末 褪色后的品红溶液是不是与通 SO2后褪色的品红溶液具有相 同的主要产物及性质 实验三 将少量粉状品红溶解于无水酒精中 品红浓度约 0 1 将经过干 燥的 SO2通入盛于大试管内的品红无水酒精溶液中 连续通 SO2气体 15 分钟 结 果发现品红并没有明显褪色 可见 SO2使品红褪色应有水的参与 实验四 在 40mL 品红溶液中加入绿豆大小的 Na2SO3粉末 品红溶液较快 褪色 将该褪色的品红溶液分为二份 其中一份用酒精灯加热至近沸点 溶液不 变色 再趁热逐滴加入稀 H2SO4 该溶液又变为红色 另一份加入稀 H2SO4 调至 溶液 pH 约为 2 3 溶液不变色 对其加热 溶液变为红色 从上述实验可见 实验一和实验二虽有相同的褪色现象 但其反应机理是不同的 褪色后的主要产物及性质也有差异 即 SO2应是与品红溶液中的水反应生成了 H2SO3才使得品红褪色 但 Na2SO3使品红褪色又另有原因 2 32 3 拓展 拓展 从上述实验可知 Na2SO3粉末使品红溶液褪色与 SO2使品红溶液褪色的速度及其 产物性质有明显差异 那么是不是由于 Na2SO3水解后的碱性条件才导致品红溶 液褪色的呢 如果是碱性条件会导致品红溶液褪色 那么 Na2CO3等也应该会使 品红褪色 实验五 在 20mL 品红溶液中加入黄豆大小的 Na2CO3粉末 振荡 品红溶液 慢慢变浅 加热至近沸点 红色基本褪去 趁热加入稀 H2 SO4 调至溶液 pH 约 为 2 3 还是无色 实验六 在 20mL 品红溶液中滴加数 mLNaOH 溶液 振荡 溶液渐渐褪色 加热后溶液不变色 若趁热滴加盐酸 溶液还是无色 实验七 1 将二氧化硫通入品红的水溶液中 使红色品红溶液变为无色的溶 液 该溶液即为希夫试剂 又称品红醛试剂 它遇醛会反应而产生紫红色物质 可用于检测醛 例如用希夫试剂来区分醛和酮等 在该无色希夫试剂溶液中加 入几滴乙醛溶液 溶液出现紫红色 该紫红色明显不同于品红的粉红色 2 在 20mL 品红溶液中滴加数毫升 NaOH 溶液 振荡 溶液渐渐褪色 在该无色 溶液中也加入几滴乙醛溶液 振荡 溶液仍为无色 没出现紫红色 加酸中和至 酸性 还是没出现紫红色 3 在 20mL 品红溶液中加入绿豆大小的 Na2SO3粉末 品红溶液较快褪色 再加 入稀 H2 SO4 调至溶液 pH 约为 2 3 溶液不变色 在该无色溶液中再加入几滴 乙醛溶液 溶液出现明显的紫红色 从上述实验可见 不仅 SO2可使品红水溶液褪色 Na2SO3及强碱性物质如 NaOH 溶液 Na2CO3等也能使品红褪色 但 Na2SO3使品红水溶液褪色的现象及其产物性 质与强碱性物质如 NaOH 溶液 Na2CO3等使品红水溶液褪色的现象及其产物性质 有相似之处 也有明显不同 一是褪色快慢不同 Na2CO3及 NaOH 溶液加入的量 要多 褪色也较慢 二是加了 Na2CO3或 NaOH 使溶液褪色后再加热 加酸 红色 不再复现 加入乙醛后也无希夫试剂的特症反应 这两点与加 Na2SO3完全不同 3 3 品红变色的机理 品红变色的机理 查阅新版的 化学辞典 周公度主编化学工业出版社 2004 年 4 月出版 p346 530 和 有机化学词典 北大化学系编科学出版社 1987 年出版 p318 等 文献资料 可知使品红变色的部分机理如下 3 1SO3 1SO2 2使品红褪色的机理使品红褪色的机理 SO2与 H2O 反应生成的 H2SO3与品红发生加成反应而生成无色物质 这是一个可逆 反应 当对褪色后的溶液加热 H2SO3分解导致平衡向左移动而恢复红色 1 式 3 23 2 希夫试剂与醛反应的机理希夫试剂与醛反应的机理 2 式 3 3NaOH3 3NaOH 使品红褪色的机理使品红褪色的机理 当在品红溶液中滴加 NaOH 溶液时有如下反应 随 NaOH 浓度增加溶液最后变为无 色 3 式 4 4 结论 结论 由此我们可以认为品红的变色与品红分子结构中的共轭体系有关 当向品红溶液 中加入 H2SO3 Na2SO3 NaHSO3 NaOH 等时 它们都能与品红发生加成反应而 破坏了品红的共轭体系 从而使品红褪色 上述一系列实验现象又告知我们 Na2SO3使品红褪色的原因是双重的 其间既有 1 式的反应 又有其水解产生的 碱性导致的加成反应 所以 Na2SO3使品红褪色后的产物既有希夫试剂的成份 也应有上述 3 式中与碱反应的产物 这两种溶于水都是无色的产物 性质有差 异 它们间的