化学教学中研究性学习的探索_自制植物酸碱指示剂及其变色范围的测试.docx

化学教学中研究性学习的探索自制植物酸碱指示剂及其变色范围的测试罗先平 , 陶鹂 , 冯华荣( 华中师范大学化学学院 , 武汉 430079)摘要 :酸碱指示剂一般是弱的有机酸或有机碱 , 其共轭酸碱具有不同的结构 , 且颜色不同 。当溶液的 p H 改变时 , 共轭酸碱相互发生转变 , 从而引起溶液的颜色发生改变 。 本文利用植物 花 、茎 、叶 、根 或 果 实 自 制 酸 碱 指 示 剂 并 测 其 变 色 范 围 , 来 进 行 研 究 性 学习 。关键词 :酸碱指示剂 ; 植物色素 ; 变色范围 ; 测试中图分类号 : G 632 . 0文献标识码 :A在基础教育新一轮的课程改革中 , 科学探究或研究性学习作为课程改革的突破口 , 改变着传统的教学方式 。义务教育阶段或高中教育阶段中的科学探究或研究性学习 , 是学生积极主 动地获取化学知识 , 认识和解决化学问题的重要实践活动 , 是一种重要的学习方式 , 也是化学 课程的重要内容 。化学是以实验为基础的科学 。通过以实验为主的多种探究活动 , 使学生体验科学研究的过程 , 激发学习兴趣 , 强化探究意识 , 促使学习方式的转变 , 培养创新精神和实践能力 。 基于以上的指导思想 , 我们选择了自制植物酸碱指示剂及其变色范围的测试这个课题进行研究 , 以此达到激发学生兴趣 , 促进学习方式转变的目的 。1 . 实验目的( 1) 通过研究性实验 , 了解植物色素的变色原理 ;( 2) 探究植物指示剂的制取和学习测试其变色范围的简易方法 ;( 3) 通过研究性实验学习 , 使学生体验实验过程 , 学习科学的研究方法 。2 . 实验原理植物色素中有庞大的共轭体系或共轭双键结构 , 在酸或碱溶液的作用下发生共轭结构的 改变而变色 , 其变色原理 1 如下页结构图所示 。3 . 实验试剂 、仪器与原料3 . 1 实验试剂1 mol/ L 的氢氧化钠溶液 、1mol/ L 氨水溶液 、1mol/ L 乙酸 、1mol/ L 盐酸 、p H 试纸 、甲醛溶 液 、无水乙醇 、硫粉 。3 . 2 实验仪器研钵 、胶头滴管 、漏斗 、滤纸 、纱布 、量筒 、容量瓶 、玻璃棒 、点滴板 、三角烧瓶 、燃烧匙 、试剂 瓶 。收稿日期 :2004 - 03 - 0935高等函授学报 (自然科学版)Journal of Higher Correspo ndence Educatio n ( Nat ural Sciences)第 17 卷第 4 期2004 年 8 月Vol . 17 No . 4August 2004变色原理结构图3 . 3 实验原料红玫瑰 、大月季 、杜鹃花 、油菜花 、玉兰花 、日本晚樱花 、迎春花 、鸢尾 、红康乃馨 、红萝卜 、含 笑 、金鱼草 、三色堇 、茄子皮 、红非洲菊花等 。4 . 实验过程4 . 1 配置标准的 p H = 114 溶液取洁净的试剂瓶 14 个 , 依次贴上 114 字样的标签 , 放在实验台上 , 然后用容量瓶根据下 表配置标准的 p H = 114 的溶液 , 混合均匀后装入到相应的试剂瓶中备用 , 配制溶液方法 2 如下表 :表 1 p H = 114 溶液系列的配制量取所需溶液的毫升数 (浓度均为 1mol/ L )N H3 H2 OCH3 COO HH2 O1819 . 818 . 8NaO HHCl20 . 2混合液的 p H 值12341 . 217 . 42 . 6 7 . 8 12 . 2 5 36高等函授学报 (自然科学版)Journal of Higher Correspo ndence Educatio n ( Nat ural Sciences)第 17 卷第 4 期2004 年 8 月Vol . 17 No . 4August 20049 . 810 . 2106789101112131010 . 212 . 217 . 41 . 29 . 87 . 82 . 618 . 819 . 8180 . 22 20 14 4 . 2 自制植物酸碱指示剂将某些新鲜的植物的花瓣 、叶片 、果皮等用清水洗净 ,再放入研钵中 ,用研杵把它捣烂 ,加 入酒精 12 ml (应视花瓣等植物的数量而定) ,按制取浓溶液的要求浸泡 10 分钟左右 ,再捣几次 ,使其溶解 ,再加蒸馏水 2 ml 稀释 ,最后用洁净的纱布包裹挤出汁液 。如果汁液比较浑浊 ,则用漏斗过滤 ,除去残渣 ,直到澄清为止 ,此时澄清溶液即可代用指示剂3 。4 . 3 植物酸碱指示剂变色范围的测试(1) 植物酸碱指示剂可行性的测试每次实验时 ,采取 13 种植物花 、茎 、叶 、根或果实分别按上述方法制取植物指示剂 。然 后在白色的点滴板的孔穴中分别滴入一些稀盐酸 (p H = 2) ,稀的氢氧化钠 (p H = 12) 溶液 ,然后分别滴入三滴已制成的植物色素指示剂的酒精溶液 ,观察其变色情况 ,并与第三支试管中的原色进行比较 ,测出原汁的 p H 值 ,作好记录 ,得出结论 : 遇酸 、碱溶液变色明显的做指示剂可行 性好 ,反之则不行 。再选取变色情况明显 、可行性好的植物进行下一轮试验 。记录结果如下表 所示 :表 2 植物酸碱指示剂可行性的测试名称颜色汁液原色和 p H 值加酸加碱结论红玫瑰大月季 杜鹃花 油菜花玉兰花日本晚樱花 迎春花红萝卜鸢尾 红康乃馨含笑 金鱼草三色堇茄子皮 红非洲菊红色白色 火红色 黄色白色粉红 黄色红色兰紫色 大红色白中带紫 红色黄褐色紫色 红色深红 (p H = 5)深黄色 (p H = 5) 朱红色 (p H = 4) 黄色 (p H = 5)棕黄 (p H = 5)肉红色 (p H = 5)淡黄色 (p H = 5)紫红色 (p H = 5)深兰色 (p H = 6)暗红色 (p H = 5) 黄色 (p H = 5) 血红色 (p H = 5)深紫红色 (p H = 6)褐色 (p H = 6)棕色 (p H = 5)红色浅红色 桃红色 淡黄色无色粉红 淡黄色大红色紫红色 洋红色淡黄色 水红色水红桃红 无色蓝绿油黄色 黄绿色 黄绿色油黄色黄绿色 黄绿色黄绿色黄色 黄绿色黄绿色 油黄色墨绿色油黄色 黄色作酸碱指示剂好作酸碱指示剂一般 作酸碱指示剂好 作酸碱指示剂不可行作酸碱指示剂好作酸碱指示剂一般 作酸碱指示剂不可行作酸碱指示剂一般作酸碱指示剂好 作酸碱指示剂不可行作酸碱指示剂不可行 作酸碱指示剂好作酸碱指示剂一般作酸碱指示剂好 作酸碱指示剂好(2) 植物色素作指示剂的变色范围测试37高等函授学报 (自然科学版)Journal of Higher Correspo ndence Educatio n ( Nat ural Sciences)第 17 卷第 4 期2004 年 8 月Vol . 17 No . 4August 2004将上面可行性好的植物的花 、茎 、叶 、根或果实的汁 ,分别滴到 p H = 114 的试液中 ,观察其变色情况 ,并做好记录 ,通过记录比较得出它们的变色范围 。5 . 结果讨论与问题分析(1) 从此测试结果可知 ,每一种色素浸取液在不同 p H 值的溶液中都有一定的变色范围 ,大部分具有以下规律 :酸性红色 、无色中性无色 、紫 、蓝碱性淡黄 、黄 、绿 、黄褐色其原因 :花色素跟酸反应 ,生成稳定的盐而显红色 ,p H 值增大 ,形成无色的色烯衍生物 ,在碱存在的情况下 ,取代基部分能生成醌型结构 ,颜色从淡红色变成蓝色 。花色素在碱性条件下 不稳定 ,容易变色 ,有些不会变成蓝色而显黄色 、黄绿色 ,这可能是植物体中除含有花色素外 ,还含有黄酮类 (酸性无色 、碱性呈黄色) ,在碱性条件下显绿色 ,这是花色素的蓝色和查耳酮的 黄色混合后的结果 ,黄褐色是所含丹宁造成1 的 。(2) 实验探讨了同一种花的不同颜色进行对比试验 ,发现颜色深的植物花比颜色淡的变色 范围明显 ,其原因可能是由于颜色深的花含的色素多一些 。表 3不同颜色的同一种花的对比实验不同 pH 值下的显色情况花名 颜色 汁液颜色1234567891011121314杜鹃花 白色杜鹃花 粉红色 杜鹃花 紫红色杜鹃花 红色淡黄色水红色 紫红色血红色无色桃红 洋红色橙红色无色桃红 红色桃红无色桃红 桃红桃红无色桃红无色微红色无色无色无色无色淡黄色 浅绿色 黄绿色浅绿色 浅绿色 绿色黄色黄色 绿色绿色油黄色 油黄色 油黄色油黄色 油黄色 油黄色 黄绿色 油黄色 油黄色黄绿色 油黄色 油黄色微红色 微红色 微红色 浅绿色 黄绿色 草绿色 墨绿色浅红色 浅红色 浅红色 浅红色 浅红色 浅蓝色 灰绿色(3) 石蕊的变色范围是 p H = 58 ,p H 5 显红色 ,p H 8 显蓝色 ,有些植物色素在一定 p H值范围内有不同的颜色 ,中间出现颜色的突变 ,现象明显 ,可代替石蕊用于测定物质的酸碱性 。 如下表所示 :表 4可代替石蕊用于测定物质的酸碱性的植物植物名称在不同 p H 范围内的变色情况 (p H 值为 114)石 蕊红玫瑰 粉红杜鹃 红康乃馨 红萝卜 茄子皮14 浅红色13 粉红渐浅15 红色渐浅15 粉红渐浅14 浅红渐浅13 桃红色5 浅紫红48 无色67 无色68 无色511 无色49 浅褐色618 淡紫色910 浅青绿810 绿色914 黄色渐深1214 黄色渐深914 淡蓝色11 黄绿1114 黄色渐深1214 黄褐色1011 浅黄绿色 1214 亮黄色在上表列出的有的植物中有的 p H 值变色范围过大 ,只适用于强酸 、强碱的检验 ,有的 p H值变色范围虽然不大 ,但变色时颜色突变 (与原液相比) 不是很明显 ,而有的植物 p H 值变色范 围不大 ,且颜色突变相当明显 ,保持期长 ,可替代石蕊在实验室中保存备用 。(4) 酚酞的变色范围是 p H = 810 ,p H 8 显无色 ,p H 10 显红色 ,有些植物色素在酸中 也与酚酞一样呈现无色 ,而在碱中显示与原液不同的颜色 ,现象明显 ,故可代替酚酞用于测定 物质的酸碱性 。如下表 :38高等函授学报 (自然科学版)Journal of Higher Correspo ndence Educatio n ( Nat ural Sciences)第 17 卷第 4 期2004 年 8 月Vol . 17 No . 4August 2004表 5 可代替酚酞用于测定物质的酸碱性的植物在不同 p H 范围内的变色情况 (p H 值为 114)植物名称酚酞白玉兰 白杜鹃花 红非洲菊18 无色17 无色17 无色17 无色9 粉红811 浅黄色89 浅黄色811 浅黄色1014 桃红渐浅1214 黄色1014 黄色渐深1214 黄色(5) 这次研究性实验中还发现 : 植物色素会随季节的变化而变化 ,先后对杜鹃花和另外几种花进行重复实验 ,发现后来的变色范围与原来做的不一致 。 漂白过的植物汁液与不漂 白的植物汁液的变色范围也不同 。(6) 一种花的鲜花与干花做实验 ,鲜花的汁液变色明显 ,而干花浸泡后所得的汁液遇酸碱 溶液 ,颜色几乎没有什么变化 。(7) 同种鲜花 (或果皮) 可能会因各地气候 、地理条件不同而显色稍有差异 。在使用植物色 素时 ,应先测出其在标准 p H 值溶液系列下的显色情况 ,才能用于测试未知样 。6 . 结论经过多次对植物的花 、茎 、叶或果实的测试 ,我们发现颜色深的植物其花 、茎 、叶 、根或果实 大多数都可以遇酸或碱呈现它独特的颜色 ,特别是具有紫色的 、红色的花 、茎 、叶 、根或果实 ( 有 的是它的表皮 ,如茎和根的表皮) 其汁液遇酸或碱后 ,显色最为明显 ,酸碱之间的色差也最为显著 。所以利用植物取代酸碱指示剂是可行的 ,如 : 月季花汁 、杜鹃花汁等都是较理想的酸碱指 示剂 。它的制取简单方便 ,更重要的是对环境无污染 ,对中学进行探究性学习有一定的指导 意义4 。参 考 文 献刘玲等 . 用植物色素制取代用酸碱指示剂 J . 云南师范大学学报 ,2000 , (5) .西南师范学院化学系 . 中学化学教学法实验 M . 北京高等教育出版社 ,1990 .孙志宽 . 中学化学实验教学研究 M . 杭州 :杭州大学出版社 ,1992 .1234崔迎春 . 有关植物色素酸碱指示剂的研究性学习活动 J .化学教学 ,2003 , (3) .= ( a - b) ( a + b) 2范大学出版社 ,2000 .刘兼 ,孙晓天 . 数学课程标准解读 M . 北京 : 北 京师范大学出版社 ,2002 .郑毓信 . 简论数学课程改革的活