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“JCE Classroom Activity”栏目以其趣味性足、直观性强、生活味浓及观点新等特点,受到美国众多师生的喜爱。该活动源自1963年Campbell在美国《化学教育》杂志上首次报道的经典蓝色瓶实验[1]。在2003年美国《化学教育》杂志上Wellman等[2]给出蓝瓶子实验的一种更加具体简易的方法,使用易得的药品从而减少费用。实验包括一系列氧化还原及颜色变化的循环过程,亚甲蓝有两种存在形式,蓝色的氧化态和无色的还原态。蓝色的氧化态亚甲蓝可被抗坏血酸还原为无色的还原态亚甲基蓝,还原态亚甲基蓝又可被空气中的氧气氧化为蓝色的氧化态亚甲蓝。
化学反应无处不在,从你身体里的每一个细胞到开放的外部空间,有无数的反应时刻发生。颜色变化反应是一种较常见的的化学反应。下面将颜色变化反应作为一个学生活动来进行探究,让读者感受一下美国学生在活动中是如何学习化学知识的,为中学教师提供一种新的课堂教学模式。
一、活动案例——蓝色消失[3]
1. 活动用品
颗粒状或粉状的维生素C(抗坏血酸)、1.6%硫酸铜溶液、5%亚甲蓝溶液、氯化钠、秒表、记号笔、干净无色2L软饮料瓶及瓶盖(已去除标签且冲洗干净)。
2. 活动过程
(1)标准溶液实验
①在干净无色2L软饮料瓶中装入约三分之二的水,用记号笔对水位进行标记,以便后面的重复实验。
②饮料瓶中加入一茶匙维生素C、4滴亚甲蓝溶液及半茶匙氯化钠。
③盖紧瓶盖,用力振荡使之溶解。
④打开盖子,加四分之一茶匙(1.25mL)硫酸铜溶液。
⑤盖紧瓶盖,用力振荡使之混合,持续20秒。记录观察到的瓶子内溶液变色情况。
⑥让瓶子静置5~6分钟,颜色发生了怎样的变化?现在仔细观察瓶内与空气接触的溶液部分:有一种与瓶内溶液其他部分不同的颜色吗?
⑦重复执行步骤⑤和⑥几次,记录你每次的观测结果。
(2)对比实验
A.如果你改变了其中的一种成分会发生怎样的现象呢?重复上述实验,并且改变其中的一种成分。记录你在每次实验中观察到的现象。(注意:不要同时改变两种成分)
①不添加维生素C。
②不添加硫酸铜溶液。
B. (可选)如果你改变了大量的成分会发生什么事呢?你能得到较深的蓝色吗?你能让蓝色消失速度加快吗?每次仅改变一种成分(更容易弄清楚每个成分对这个结果的影响,并比较其中的差别),与你之前的结果进行对比。你能确定哪一种方法是更好的吗?
③使用2~4茶匙维生素C代替一茶匙。
④使用2~8滴亚甲蓝溶液代替4滴。
⑤使用一茶匙硫酸铜溶液代替四分之一茶匙。
3. 问题与思考
(1)哪一种成分使蓝色消失?
(2)硫酸铜溶液的作用是什么?
(3)实验中实际的反应物是什么?
(4)使用什么方法可以使蓝颜色变得更深?
(5)使用什么方法可以加快蓝色消失的速度?
4. 讨论与结果
(1)维生素C是蓝色消失的主要原因,尽管其他成分也可以促进这个过程。
(2)借助氧气,Cu2 催化回到蓝色的亚甲蓝。然而,空气所扮演的角色是由学生决定的,Cu2 是亚甲蓝变回蓝色的反应物。
(3)空气,确切地说是O2,但这不是从实验步骤直接得出的。
(4)加入更多的亚甲蓝或少加一点维生素C将可以获得较深的蓝色。
(5)增加维生素C和Cu2 可以使亚甲蓝快速褪色。
5. 注意事项
带上护目镜,确定合适的瓶塞。当你配制溶液时要按照教师的说明正确处理。在实验室敞口容器中的维生素C是不可以被食用的。瓶子和茶匙不能用来盛放食物和饮料。不要将硫酸铜溶液和亚甲蓝溶液与身体大面积接触。如果溶液接触皮肤,快速使用自来水冲洗。在最后处理溶液前,可以加入一茶匙小苏打,然后倒掉,同时用自来水将实验用具冲洗干净。
二、活动特色
1. 活动用品易得
活动使用的所有药品都是市场上易得的。抗坏血酸可以从维生素C药片中得到,也可从天然食品商店中购买。部分氧化的抗坏血酸或维生素C药片不应使用。5%亚甲蓝溶液可以在宠物店中购买。如果使用固体亚甲蓝,每次使用前学生需要摇动瓶子。1.6%硫酸铜溶液可在宠物店和水族馆中购买。其他铜盐也可使用。氯化钠亦可在超级市场购买。
2. 操作步骤简单
学生先准备一个标准溶液的蓝瓶子反应。在规定的时间内,教师可以预测学生有多少次的“振荡—静置”。学生没有被告知空气(氧气)是一个关键的反应物。提出一个线索,让学生观察瓶内与空气接触部分的溶液,由于O2通过扩散进入溶液表层,应该有一层薄薄的色彩团逐渐扩散到上层。教师此时可以帮助学生推断空气的角色,教师准备一瓶1~2天前的标准溶液蓝瓶子反应,并且向学生展示。由于瓶子中的氧气逐渐反应掉,瓶子受空气压力的作用会慢慢地凹陷。
3. 活动目标明确
在这次活动中有几个反应发生,通过适当的改变一些反应物的成分,可以发现和观察到不同的实验结果。通过活动,学生探究亚甲蓝可能的变色原理。
4. 主体地位彰显
在对比实验部分,学生改变了标准溶液,同时进行观察比较。不同的人可以观察到不同的变化,然后与全班同学分享他们的实验结果。步骤A①颜色保持蓝色,因为那里没有还原剂来减少亚甲蓝。步骤A②变成无色,但蓝颜色不是由于振动的缘故造成的(由于没有催化剂变蓝比较缓慢)。选作步骤B③~⑤,学生不同的配方能够实现“更好”的结果。给出了两种实验可能的结果:一种较深的蓝色且能够快速褪去。许多同学喜欢这个结果,但也有同学支持其他结果。一切由学生决定哪一种结果“更好”。
三、活动评价与启示
此次活动将颜色变化作为化学变化的一个迹象,取材简单,操作方便,易于推广,更好地普及化学知识。同时将各反应物在实验中所扮演的角色作为学生活动探究的主要内容,培养了学生热爱化学的素养。我们应借鉴这种教学模式,最大限度地发挥学生的自主探究意识,让他们主动发现问题并尝试解决问题。通过各种形式的探究活动,让学生在活动中学习化学知识,感受化学这门科学的奇妙之处。
参考文献:
[1] CAMPBELL J A. Kinetics—Early and often[J].Journal ofChemical Education, 1963(40): 578-583.
[2] WELLMAN W E, NOBLE M E. Greening theblue bottle[J]. Journal of Chemical Education, 2003(80): 537-540.
[3] NOBLE M E. Out of the Blue[J]. Journal of Chemical Education, 2003(80): 536A-536B.
化学反应无处不在,从你身体里的每一个细胞到开放的外部空间,有无数的反应时刻发生。颜色变化反应是一种较常见的的化学反应。下面将颜色变化反应作为一个学生活动来进行探究,让读者感受一下美国学生在活动中是如何学习化学知识的,为中学教师提供一种新的课堂教学模式。
一、活动案例——蓝色消失[3]
1. 活动用品
颗粒状或粉状的维生素C(抗坏血酸)、1.6%硫酸铜溶液、5%亚甲蓝溶液、氯化钠、秒表、记号笔、干净无色2L软饮料瓶及瓶盖(已去除标签且冲洗干净)。
2. 活动过程
(1)标准溶液实验
①在干净无色2L软饮料瓶中装入约三分之二的水,用记号笔对水位进行标记,以便后面的重复实验。
②饮料瓶中加入一茶匙维生素C、4滴亚甲蓝溶液及半茶匙氯化钠。
③盖紧瓶盖,用力振荡使之溶解。
④打开盖子,加四分之一茶匙(1.25mL)硫酸铜溶液。
⑤盖紧瓶盖,用力振荡使之混合,持续20秒。记录观察到的瓶子内溶液变色情况。
⑥让瓶子静置5~6分钟,颜色发生了怎样的变化?现在仔细观察瓶内与空气接触的溶液部分:有一种与瓶内溶液其他部分不同的颜色吗?
⑦重复执行步骤⑤和⑥几次,记录你每次的观测结果。
(2)对比实验
A.如果你改变了其中的一种成分会发生怎样的现象呢?重复上述实验,并且改变其中的一种成分。记录你在每次实验中观察到的现象。(注意:不要同时改变两种成分)
①不添加维生素C。
②不添加硫酸铜溶液。
B. (可选)如果你改变了大量的成分会发生什么事呢?你能得到较深的蓝色吗?你能让蓝色消失速度加快吗?每次仅改变一种成分(更容易弄清楚每个成分对这个结果的影响,并比较其中的差别),与你之前的结果进行对比。你能确定哪一种方法是更好的吗?
③使用2~4茶匙维生素C代替一茶匙。
④使用2~8滴亚甲蓝溶液代替4滴。
⑤使用一茶匙硫酸铜溶液代替四分之一茶匙。
3. 问题与思考
(1)哪一种成分使蓝色消失?
(2)硫酸铜溶液的作用是什么?
(3)实验中实际的反应物是什么?
(4)使用什么方法可以使蓝颜色变得更深?
(5)使用什么方法可以加快蓝色消失的速度?
4. 讨论与结果
(1)维生素C是蓝色消失的主要原因,尽管其他成分也可以促进这个过程。
(2)借助氧气,Cu2 催化回到蓝色的亚甲蓝。然而,空气所扮演的角色是由学生决定的,Cu2 是亚甲蓝变回蓝色的反应物。
(3)空气,确切地说是O2,但这不是从实验步骤直接得出的。
(4)加入更多的亚甲蓝或少加一点维生素C将可以获得较深的蓝色。
(5)增加维生素C和Cu2 可以使亚甲蓝快速褪色。
5. 注意事项
带上护目镜,确定合适的瓶塞。当你配制溶液时要按照教师的说明正确处理。在实验室敞口容器中的维生素C是不可以被食用的。瓶子和茶匙不能用来盛放食物和饮料。不要将硫酸铜溶液和亚甲蓝溶液与身体大面积接触。如果溶液接触皮肤,快速使用自来水冲洗。在最后处理溶液前,可以加入一茶匙小苏打,然后倒掉,同时用自来水将实验用具冲洗干净。
二、活动特色
1. 活动用品易得
活动使用的所有药品都是市场上易得的。抗坏血酸可以从维生素C药片中得到,也可从天然食品商店中购买。部分氧化的抗坏血酸或维生素C药片不应使用。5%亚甲蓝溶液可以在宠物店中购买。如果使用固体亚甲蓝,每次使用前学生需要摇动瓶子。1.6%硫酸铜溶液可在宠物店和水族馆中购买。其他铜盐也可使用。氯化钠亦可在超级市场购买。
2. 操作步骤简单
学生先准备一个标准溶液的蓝瓶子反应。在规定的时间内,教师可以预测学生有多少次的“振荡—静置”。学生没有被告知空气(氧气)是一个关键的反应物。提出一个线索,让学生观察瓶内与空气接触部分的溶液,由于O2通过扩散进入溶液表层,应该有一层薄薄的色彩团逐渐扩散到上层。教师此时可以帮助学生推断空气的角色,教师准备一瓶1~2天前的标准溶液蓝瓶子反应,并且向学生展示。由于瓶子中的氧气逐渐反应掉,瓶子受空气压力的作用会慢慢地凹陷。
3. 活动目标明确
在这次活动中有几个反应发生,通过适当的改变一些反应物的成分,可以发现和观察到不同的实验结果。通过活动,学生探究亚甲蓝可能的变色原理。
4. 主体地位彰显
在对比实验部分,学生改变了标准溶液,同时进行观察比较。不同的人可以观察到不同的变化,然后与全班同学分享他们的实验结果。步骤A①颜色保持蓝色,因为那里没有还原剂来减少亚甲蓝。步骤A②变成无色,但蓝颜色不是由于振动的缘故造成的(由于没有催化剂变蓝比较缓慢)。选作步骤B③~⑤,学生不同的配方能够实现“更好”的结果。给出了两种实验可能的结果:一种较深的蓝色且能够快速褪去。许多同学喜欢这个结果,但也有同学支持其他结果。一切由学生决定哪一种结果“更好”。
三、活动评价与启示
此次活动将颜色变化作为化学变化的一个迹象,取材简单,操作方便,易于推广,更好地普及化学知识。同时将各反应物在实验中所扮演的角色作为学生活动探究的主要内容,培养了学生热爱化学的素养。我们应借鉴这种教学模式,最大限度地发挥学生的自主探究意识,让他们主动发现问题并尝试解决问题。通过各种形式的探究活动,让学生在活动中学习化学知识,感受化学这门科学的奇妙之处。
参考文献:
[1] CAMPBELL J A. Kinetics—Early and often[J].Journal ofChemical Education, 1963(40): 578-583.
[2] WELLMAN W E, NOBLE M E. Greening theblue bottle[J]. Journal of Chemical Education, 2003(80): 537-540.
[3] NOBLE M E. Out of the Blue[J]. Journal of Chemical Education, 2003(80): 536A-536B.