酚酞變色的原因

在一次課堂演示實驗中，將鎂條投入到冷水中，并滴加了兩滴酚酞，稍稍加熱，溶液呈淺紅色，再繼續加熱至沸騰發現原先溶液的淺紅色褪去，冷卻后溶液又呈淺紅色。同樣顯堿性，同樣滴入酚酞，但為什么顏色不同，學生對此問題很感興趣，為此，我們做了以下的實驗和探究。

酚酞在中學化學實驗中常作為堿性指示劑。我們知道酚酞的變色范圍是pH=8.2到pH=10之間，在pH＜8.2的溶液里為無色的內酯式結構，當pH＞8.2時為紅色的醌式結構。這是因為酚酞是4，4-二羥基三苯甲醇-2-羧酸的內酯，無色，不溶于水，溶于有機溶劑。遇堿時，內酯開環而生成二鈉鹽，發生重排，形成醌式結構而呈玫瑰紅色，醌基是顯色基團（紅）。

其反應如下：

因此化學實驗時如果觀察到酚酞由紅色變為無色，我們容易想到的原因是溶液的pH降到低于8.2。但剛才的實驗顯然并沒有使溶液的pH降低。那么哪些因素還可以使酚酞變為無色呢？通過查閱資料和研究發現，還有以下因素可以使酚酞從紅色變為無色。

一、溫度升高可以使酚酞的弱堿溶液由紅色變為無色

剛才的實驗中將鎂條投入到滴加了兩滴酚酞的冷水中，加熱至沸騰發現原先溶液的淺紅色褪去，冷卻后溶液又呈淺紅色。通過對比實驗可以發現，在Mg(OH)2稀溶液、具有相近離子強度的Ba(OH)2稀溶液和離子強度相差較大的NaOH稀溶液，以及與Mg(OH)2稀溶液可能存在膠體吸附的Ca(OH)2稀溶液中滴加酚酞，都有加熱—褪色—冷卻—顯色的現象，情況基本一致，說明離子強度和膠體吸附對此實驗中酚酞紅色褪去影響不大。所以，這個實驗中溫度是酚酞褪色的主要影響因素。

在稀堿溶液中加入2滴酚酞試劑顯紅色，將其加熱溫度至92℃左右時可以明顯地觀察到酚酞紅色褪去。原因是酚酞指示劑在溶液中存在一個無色與紅色醌式的平衡，當溶液溫度升高，平衡向生成無色的方向移動。所以酚酞的弱堿溶液低溫紅色，高溫無色。

二、強堿性條件使酚酞由紅色變為無色

還有其他的方法使酚酞由紅色變為無色嗎？取20%濃度的NaOH溶液，滴入2滴酚酞溶液，現象變紅，立即褪色。取1mL混合溶液，繼續滴入1∶4H2SO4溶液大約15滴左右，溶液又變成紅色溶液。

剛才的實驗我們發現，并不是堿性條件下酚酞一定顯紅色，如果在弱堿條件下繼續滴入強堿溶液，酚酞紅色會逐漸褪去，但滴入稀硫酸時又重復出現紅色，說明紅色酚酞結構沒有完全被破壞，而是轉化為另一種無色酚酞結構——酚酞三鈉鹽，并且褪色速度隨氫氧化鈉溶液的濃度增大而加快，滴入稀硫酸可以使溶液重復顯紅色，說明這種轉化還是一個可逆的過程。同時還發現紅色酚酞結構的熱穩定性要比另一種無色酚酞結構穩定，說明了這種紅色酚酞結構轉化為另一種無色酚酞結構是一個放熱的過程。如果直接在強堿溶液中滴入酚酞，瞬時看不到顯紅色的過程，說明在強堿溶液中酚酞迅速形成無色的酚酞三鈉鹽。其反應過程如下所示：

三、強氧化劑使酚酞由紅色變為無色

某些化合物具有較強的漂白作用，如雙氧水。當在雙氧水中加入酚酞指示劑，也會褪色。在試管中取4%NaOH溶液2mL，加入2滴酚酞指示劑，溶液顯示明顯的紅色，在振蕩中逐滴滴加30%的雙氧水，溶液呈極淺的粉紅色，這說明在雙氧水漂白作用下，溶液顏色褪去，但是褪盡酚酞的紅色并不十分靈敏。然后給試管加熱，發現原來極淺的粉紅色完全除盡。為了驗證酚酞的醌式結構是否被破壞，在此基礎上，再滴加入1%NaOH溶液溶液，并沒有變回原來的紅色，說明酚酞的結構被破壞了。這種情況下的褪色原理與前面所述不同，強氧化劑將酚酞的顯色結構破壞了。所以與前面所述現象不同，前述變化是可逆的，可以通過調節pH值和控制溫度控制其顏色。但是被漂白后由于結構已發生變化，顏色不再變化，其變化不可逆。

這個實驗的探究帶來的啟示是酚酞變色的原因是多方面的，除了使溶液呈酸性外，溫度的升高、加入強堿、使用強氧化劑都可能使酚酞由紅色變為無色。在實驗中要注意是哪種因素影響了顏色的變化。在解釋實驗現象時，要仔細辨別，切忌張冠李戴胡亂解釋。同時，此實驗也可以作為探究學習的問題情境，在教學中要善于通過創設問題情境，激發學生的學習興趣。探究學習關鍵是如何根據教學內容，創設合適的問題情境。在研究酸堿性的時候，酚酞顏色的轉變就可以作為一個合適的探究內容，讓學生通過觀察酚酞顏色的轉變，激發學生的好奇心。通過啟發式教學的原理，創設問題情境，從而培養學生的學習興趣，鼓勵學生自主探究問題，得到解答。

參考文獻

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(責任編輯 羅 艷）