快速自制酸碱指示剂及创新实验
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摘要：用热水浸泡黑豆快速制取酸碱指示剂，相比教材实验，具有简便、快速的特点，利用自制酸碱指示剂做课堂演示实验彩虹的倒影和三彩U型管，或者指导学生用家庭用品和废弃食品包装进行自制酸碱指示剂的趣味实验，能激发学生的学习兴趣，为学习溶液的酸碱性做铺垫。
文章编号：1008-0546（2017）05-0094-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.031
九年级化学作为中学化学的启蒙阶段，设一些学生课外实验以激发学生的学习兴趣、并让学生充分了解化学在生活中的应用。酸碱指示剂作为化学教学实验中的重要试剂在化学实验中经常用到，因此九年级化学（上教版）下册[1]第7单元《应用广泛的酸、碱、盐》第一节“认识酸性溶液和碱性溶液”就讲到了用酸碱指示剂定性测生活中常见物质的酸碱性，教材P34拓展视野中给出了用不同颜色的新鲜花瓣或紫萝卜皮自制酸碱指示剂的方法，从本节内容在该单元中的重要地位考量师生应该重视这个课外实验。但因为现实的因素如初三下学期因为中考的指挥棒加上时间紧任务重，作为一个学生课外实验有的教师可能一笔带过或者忽略不讲。现有资料自制酸碱指示剂基本也采取新鲜花瓣如月季、夹竹桃或者紫甘蓝之类的新鲜植物部位中的色素进行提取，过程一般包括研碎、浸泡、过滤等步骤，相对繁琐或者耗时较长，因此本实验创新的角度是从学生的角度出发，寻找生活中易得的材料快速制作酸碱指示剂并测定生活中常见溶液的酸碱性。
一、实验原理
酸碱指示剂是可从植物色素中提取的有机弱酸或者有机弱碱或两性物质，在不同的pH值溶液中发生结构改变而变色。生活中常见的紫色果蔬中往往含有植物色素花色苷类物质，其成分是2-苯基并芘或黄盐离子的多羟基及多甲氧衍生物，其在酸碱溶液中的结构转化及颜色变化如图1所示，因此生活中可用做酸碱指示剂[2]。
因此可以从紫萝卜皮、紫甘蓝等紫色果蔬中提取，用紫甘蓝或紫萝卜皮跟用新鲜花瓣一样因为季节性和区域性问题不容易获得，而干货类的黑豆、黑芝麻、黑米等一样含有花色苷，同样可以用来制备酸碱指示剂。黑芝麻在中国广泛种植，如山东、河南、湖北、四川，安徽、江西、河北等省，黑豆主要种植在黄河流域，黑米产地如陕西、贵州、湖南，福建等。因此黑豆、黑米、黑芝麻等干货很容易从各地超市中购买到，不受季节和区域限制。本实验选择用干货黑豆进行浸泡获取酸碱指示剂，制取的酸碱指示剂变色范围如下：
二、实验用品
黑豆（或黑芝麻、黑米）、热水、50mL烧杯1个、U型管、胶头滴管、醋酸、纯碱水、食盐水、蔗糖水、肥皂水、柠檬汁、干牛奶片的包装。
三、实验装置图（见图2）
四、实验设计
1. 彩虹的倒影和三彩U型管
作为课堂演示实验，教师可以使用一支U型管，在U型管中倒入适量蜂蜜至浸没U型管弯管处，在U型管右边和左边开口处分别加入等量的纯碱水和醋酸，再用胶头滴管分别滴加几滴自制的酸碱指示剂，稍微晃动U型管，由于酸碱指示剂的扩散需要一定时间，左边的醋酸上层红色、下层浅红色，右边纯碱水上层变墨绿色、下层浅黄绿色，和U型管弯处的亮黄色的蜂蜜一起形成了彩虹的倒影（见图3）。分别用玻璃棒轻轻搅拌纯碱水和醋酸，使其颜色均匀，变成红黄绿的三彩U型管（见图4）。
2. 彩色洞洞板
作为学生的课外实验，学生可以在家做，烧杯、试管可以用一次性塑料杯或者干牛奶片的包装（作用同于井穴板）代替，胶头滴管用废旧的小汤勺代替，将自制酸碱指示剂滴入柠檬汁、白醋、食盐水、蔗糖水、肥皂水、苏打水中观察现象（见图5）。
五、实验改进后的优点
1. 从原材料获取上，教材实验采用新鲜植物的花或皮，受到蔬菜和花卉季节性和空间的限制，而本改进实验用干货黑豆，克服了时空限制，除此以外，黑米、黑芝麻等黑色作物跟黑豆一样也能作为制取酸碱指示剂的原料，而且它们都容易从超市购买得到。
2. 从操作过程来看，教材实验要研磨或者研碎，再用酒精浸泡过滤，而本实验只需用热水浸泡5分钟后倒出浸泡液，过程简化，操作方便。
3. 从制备时间来看，教材实验用时一般要2个小时，而本实验只需要5分钟就可以得到酸碱指示剂。
4. 从实验的可重复性看，用热水浸泡黑豆制取的酸碱指示剂，因为在热水作用下可防止色苷类物质的酸化，制备的酸碱指示剂不容易变质，因此实验非常容易成功。
5. 从实验价值来看，演示实验彩虹的倒影和三彩U型管利用蜂蜜起隔离作用，自制指示剂使醋酸变红，使纯碱水变绿色，让学生遇自制酸碱指示剂变红的是酸性溶液，遇酸碱指示剂变绿的是碱性溶液。彩色洞洞板实验从学生角度考虑，提倡学生用家庭中的药品和仪器进行替代实验，让学生充分感受化学源于生活，生活中的一次性塑料杯、废弃的牛奶片包装（相当井穴板）、肥皂水、柠檬汁等都可以用来做实验，生活中处处有化学知识。实验过程绿色安全无污染，利用塑料杯、牛奶片包装充分体现绿色化学的理念。
6. 该实验作为教材课外实验的改进，教材设计的本意也是出于增加学生动手实验的机会，教材实施者若能引导学生利用家庭易获得的材料进行实验改进，不仅能提高学生的学习兴趣，而且能为后续教学内容做好课堂准备。
参考文献
[1] 王祖浩.义务教育教科书：化学九年级下册[M].上海：上海教育出版社，2012：34
[2] 张小平.紫甘蓝酸碱指示剂的色彩实验研究[J].化学教育.2014（11）：74