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藍瓶實驗
資料來源:科學研習月刊45-7

文/吳錱俞 .蕭次融 大學入學考試中心
一、目的
改變反應物的濃度以觀察濃度對亞甲藍( methylene blue )改變顏色的影響,進而推測真正的反應物,並探討葡萄糖所扮演的角色。
二、器材
塑膠瓶(30m L、含蓋子,透明) 3個
吸管(3m L) 1支
蒸餾水 30毫升(裝於30m L的點滴瓶)
葡萄糖( 2 % ) 30毫升(裝於30m L的點滴瓶)
氫氧化鈉(0.2%) 數滴(裝於5 m L點滴瓶)

三、操作
1.用一個塑膠瓶來混合等量的葡萄鯖溶液( 2 % )與氫氣化鈉溶液〈 2 % 〉,用 3mL 的吸管一吸放溶液數次使其混合均勻。
2.將混合液用吸管吸取,等分於 3 個塑膠瓶 A、B、C 。
3.在 A 瓶內加 5 mL 葡萄糖溶液,在 B 瓶內加 5 mL 的蒸餾水,在C瓶內加5mL的氫氣化鈉溶液。
4.在各瓶內滴入亞甲藍溶液數滴至溶液呈現適當的藍色。
5.蓋緊瓶蓋後,分別搖動瓶子使溶液混合均勻。靜置數分鐘,觀察藍色褪去(如圖 1 )。分別記錄各溶液顏色由藍色逐漸褪成無色的時間於實驗記錄表。
6.再用力搖動塑膠瓶,至溶液再呈現藍色後,再靜置數分鐘,記錄溶液又變成無色的時間。
7.重複 5 與 6 的步驟數次,分別記錄變成無色的時間。
8.計算顏色褪去所需的時間於記錄表內。
四、實驗紀錄
班級:__________ 座號:__________
姓名:__________________________
操作次數 藍色褪成無色的時間 兩次變色的時間差
1 時    分    秒 分    秒  =    秒
2 時    分    秒 分    秒  =    秒
3 時    分    秒 分    秒  =    秒
4 時    分    秒 分    秒  =    秒
5 時    分    秒 分    秒  =    秒
五、問題與討論
1.試由A、B、C三瓶,藍色褪去所需的時間,推出哪兩個是反應物?
2.食鹽的過程中,溶液的顏色為什麼會變化?

教師手冊

一、前言

藍瓶實驗( Bluc bottle reaction 》 是 50 年代,在台灣的課程改革時自美國引進高中化學 CHEM study 教材中的一個演示實驗。其目的在於藉由魔術般的化學變化(註 1 ) ,在上化學第一節課時由教師演示,以引起學生對化學的好奇心與興趣。在七十年代,筆者之一(蕭)擔任台師大化學系主任,分別辦理過多次的高中化學教師與國中理化教師的研習會時,相當驚訝於竟沒有一位教師見過這個實驗。當時學校的實驗設備不佳與經費不足,導致甚少做實驗固為事實,但是升學壓力、命題的方式,反正不會考實驗,使得學生為考試而「背」化學的事實也不能忽視。,筆者曾致力於化學教育的改進,推動理化教師的演示實驗,甚至於期望有些化學實驗可以在一般的教室內安全實施(註二)。


本篇介紹筆者改進原來的藍瓶(搖搖樂)實驗(註3)為試劑的用量少、容器小,省時省事的小而美實驗,以符合綠色化學的重視環境,而且世和余學生在教室內,每人可以安全地動手親自操作的實驗,使學生能細心觀察化學變化,由化學反應速率推測反應物以及反應的起因。



二、溶液的配製

1.葡萄糖溶液 ( 2 % )
稱取葡萄糖 20 克,溶於水後,調配成 1000 毫升。葡萄糖可用泡嬰兒牛奶用的葡萄糖即可。

2.氫氣化鈉( 2 % )
稱取氫氣化鈉 20 克,溶於水後調配成 1000 毫升。

3.亞甲藍溶液( 0.2 % )
稱取亞甲藍粉未0.2克,溶於水後調配成 100 毫升。

註:
1.配製溶液可用自來水,但最好用煮沸過的冷開水,一者可去除氯氣,二者溶液不易長霉 。
2.以上溶液均可裝於寶特瓶,要特別注意氫氧化鈉的瓶子,久置〈約三個月)2 % 的氫氧化鈉若使用礦泉水的寶特瓶時,寶特瓶有可能會被侵蝕導致溶液漏出。
3.溶解氫氧化鈉與葡萄糖,應使用玻璃棒攪拌,或搖動瓶子,切不可加熱,否則溶液呈黃色,無法變澄清的藍色。
4.要給學生動手做實驗,尤其要在一般教室內做實驗時,葡萄糖溶液與氫氣化鈉溶液要分裝於 30 毫升的塑膠點滴瓶,亞甲藍溶液要裝於 5 mL (如圖 2 )的點滴瓶,使用最方便。

圖2

三、容器

任何透明有蓋的瓶子或罐子均可。教師演示時可以使用平底燒版或酒瓶(如圖 3 )
更會有魔術般的效果。學生用的瓶子例如市售裝仙草乾的小罐子〈 如圖 1 )也可以。

圖3

四、問題與討論

1.葡萄糖的濃度愈高,藍色褪去所需的時間愈短,由此可說反應物是亞甲藍與葡萄糖。
2.葡萄糖為還原糖,當溶液靜置時,葡萄糖將亞甲藍由藍色的氧化態慢慢還原成無色的還原態,搖盪時瓶內空氣中的氣溶於溶液中,又將亞甲藍由無色的還原態氧化成藍色的氣化態( 如圖 4 ) 由其結構式可以看出亞甲藍在氣化態時有共軛雙鍵,因此吸收光往長波長移動,導致呈現藍色。但在還原態時則無共軛雙鍵的存在。

圖4

五、教學

以下是筆者的小小教學心得,自認效果不錯,分享各位。


1.演示實驗

在上課之前先準備好藍瓶溶液帶至教室,此時瓶子因振動呈現藍色。上講台,首先舉起瓶子給學生看是藍色溶液,次將瓶子放置於講桌。當你板書或講話數分鐘後再看瓶子,藍色已消失,變成無色溶液。在學生驚訝之際搖動瓶子,溶液又變回藍色。


2.討論

問學生「振動瓶子,溶液為什麼會變成藍色」。學生的回答可能會有多種,曾有一例的回答是「因為搖動瓶子給了能量」3.做實驗解答問題


等藍色褪去後,筆者曾經用塑膠注射筒連結導管(見圖5)在無色的溶液中打入空氣,結果沒搖瓶子溶液仍然變藍色,學生見了這個現象後,就有學生說是因為空氣中的氣,起了氧化作用使被葡萄糖還原(葡萄糖是還原糖,具有還原能力)而變成無色的溶液被空氣中的氧,氧化回去。


4.再提問題

對此回答,筆者再提一個問題,不用注射筒,直接以喝飲料用的吸管吹氣,結果會如何?如此引起相當多的討論,以討論的方式解決問題對學生探究化學問題甚有助益。


5.結論

筆者就將討論的過程中所提的諸多問題做一結論,在黑板書寫:

板書後筆者說,亞甲藍屬於有機染劑,通常用於細菌染色之用,學生上生物課時曾經使用過。通常菌體多為無色,經亞甲藍染色後在載玻片上,有利於顯微鏡下檢視,在氣化還原反應滴定時則作為指示劑,並寫其結構式,讓學生想一想藍色褪去的原因以及推測無色X 要具備什麼結構(結構式請見前面的四、問題與討論),並問學生除了亞甲藍之外,還有哪些色素也會有類似的現象?


6.延伸中的實驗

色素番石紅( safranine O )不僅可替代亞甲藍,在同樣的濃度(葡萄糖與氫氣化鈉溶液)時,番石紅的褪色所需的時間較長。番石紅的結構式(見圖 6 )與亞甲藍的嗎一部分相似?是否也可以構成共軛雙鍵?
筆考曾經在中國化學會慶祝五十週年的活動中,演示亞甲藍與番石紅的混合液,其呈色與褪色除了藍與紅之外,不同深度的藍紫 與紅紫的顏色可連續變化,著實美觀。其方法如下:先照上述實驗配藍色的藍瓶實驗與紅色的藍瓶實驗各一瓶。再將這兩瓶的溶 液各倒出三分之一多一點於第三瓶。如此桌上就有三瓶,〈 一)藍色的、(二)藍紫色的、(三)紅色的藍瓶實驗。


參考資料

1.例如林愷玉「魔法森林」第 45 頁, 中國時報系 ,2005年 1 月出版〈 附演示錄影光碟片)
2.例如蕭次融「趣味科學實驗」第 4 頁 ,「理化教師的演示實驗」,科學研習,44 卷 4 期,國立台灣科學教育館,2005 年 6 月。
3.蕭次融「趣味理化實驗」第 54 頁「搖搖樂」, 台師大化學系, 1998 年 9 月。

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