飲料變色實驗

龍琪

摘要： 飲料變色實驗基于生活化學理念和藍瓶子實驗原理而設計。實驗原料為日常生活中常見的飲料、管道通疏通劑、食用純堿和亞甲基藍魚缸消毒劑。實驗操作和現象是“搖晃變色，擺放褪色”。關鍵實驗條件是飲料類型、堿性強弱和實驗溫度。

關鍵詞： 藍瓶子實驗； 管道通疏通劑； 亞甲基藍； 飲料變色； 趣味實驗

文章編號： 10056629（2018）2006404中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

為了展現化學與生活的緊密聯系，消除公眾對化學的誤解和恐懼，培養中小學生的化學學習興趣，以日常生活中常見的飲料為原料，設計了一系列有趣又安全的表演實驗。實驗操作僅需兩步，首先搖晃溶液，然后擺放靜置。實驗現象是搖晃時溶液顏色發生變化，擺放靜置時溶液顏色又復原。“搖晃變色，擺放褪色”的實驗操作和實驗現象可重復多次。

1飲料變色實驗方案

飲料變色實驗的操作過程為： 按一定比例混合飲料、堿性溶液和亞甲基藍溶液。然后搖晃振蕩，最后擺放靜置。該實驗中，飲料類型、堿性強弱、實驗溫度是關鍵條件。

1.1飲料類型

飲料類型對實驗結果有顯著影響。經過多次試驗發現，以下飲料的變色速度快，演示效果好，分別是： 統一鮮橙多橙汁飲料、每日C葡萄汁飲品、佳得樂運動飲料（藍莓味、檸檬味、西柚味、橙味）、力量帝維他命水（石榴藍莓風味、藍莓樹莓風味、熱帶水果風味）、康師傅水漾（檸檬口味）、酷樂仕龍卷C（火龍果風味）等。

1.2堿性溶液和實驗溫度的選擇

飲料變色實驗要在強堿性條件下進行。生活中常見的堿性較強的物質是管道通疏通劑和食用純堿。管道通疏通劑中含有大量氫氧化鈉，其實驗效果優于食用純堿。本實驗所用管道通疏通劑溶液的濃度為10%（下稱管道通溶液）。如果采用食用純堿，不僅要配成飽和溶液，而且還需要加熱。通過加熱，可以提高反應速率，且能促進純堿水解，提高氫氧根離子濃度，從而使振蕩后的褪色速度加快。

1.3實驗方案及效果

[實驗原料]上文提及的飲料若干種、管道通

疏通劑、食用純堿粉末、純凈水（娃哈哈、怡寶、康師傅等，品牌不限，但是商品名必須標有“純凈水”字樣）、亞甲基藍粉末（一種魚缸消毒劑，可在花鳥蟲魚市場購買）

[實驗器材]帶刻度的一次性塑料滴管（或者采用玻璃滴管和小量筒）、小燒杯、玻璃棒、試管、打火機（或者開水）

[溶液準備]

（1） 飽和亞甲基藍溶液： 取少量亞甲基藍粉末溶于適量純凈水，配制成深藍色飽和溶液。靜置，取上層清液備用。

（2） 10%管道通溶液： 取適量管道通疏通劑顆粒，剔除其中的金屬顆粒物。稱取10g不含金屬顆粒物的管道通疏通劑溶于90mL純凈水，充分攪拌，使其溶解。

（3） 飽和食用純堿溶液： 稱取25g食用純堿粉末，溶于100mL純凈水，充分攪拌，使其溶解，靜置。取上層清液備用。

[實驗步驟]

采用10%管道通溶液作為堿性溶液時，實驗無需加熱。采用飽和食用純堿溶液作為堿性溶液時，需要加熱。因此，堿性溶液不同，實驗步驟略有差別。

（1） 采用10%管道通溶液作為堿性溶液

取3mL飲料于試管中。加入2滴至3mL不等的10%管道通溶液，具體用量視飲料類型而定（詳見表1）。再加入10～30滴不等的亞甲基藍溶液（詳見表1）。振蕩試管，觀察溶液顏色變化。靜置試管，觀察溶液顏色變化。待溶液顏色恢復至振蕩前的顏色，再次振蕩試管，觀察顏色變化，然后靜置試管，觀察顏色變化。振蕩和靜置操作可重復多次。

前期研究采用了水漾、龍卷C和鮮橙多橙汁這三種飲料進行實驗，均取得較好的實驗效果。正是前期研究的成功經驗，才使本研究得以深入進行。但是在本次實驗中，水漾、龍卷C這兩種飲料都沒有購買到，因此表1中沒有列出相應的實驗數據。水漾飲料自身無色，加堿后以及振蕩前的顏色也為無色，振蕩后為藍色，靜置后褪為無色。龍卷C飲料自身為紅色，加堿后變為黃色，加入亞甲基藍后振蕩前為綠色，振蕩后為藍色，靜置后褪為綠色。

（2） 堿液采用飽和食用純堿溶液

取1～3mL飲料于試管中（詳見表2）。加入1～3mL不等的飽和食用純堿溶液。再加入10～30滴不等的亞甲基藍溶液，振蕩試管，觀察溶液顏色變化。加熱試管中的混合溶液，加熱方法可用酒精燈（或打火機或60℃以上的熱水浴）。靜置試管，觀察溶液顏色變化。待溶液顏色恢復至振蕩前顏色，再次振蕩試管，觀察顏色變化，然后靜置試管，觀察顏色變化。振蕩和靜置操作可重復多次。

采用飽和食用純堿作為堿性溶液時，力量帝（熱帶水果風味）不需要加熱條件亦可觀察到溶液褪色現象，比其他飲料操作起來更加方便。

實驗中還發現，力量帝（石榴藍莓風味）中含有紫薯提取物，在加入純堿溶液時，呈現出豐富多彩的顏色?；ㄇ嗨厥亲鲜硖崛∥锏闹饕煞?，它是一種很好的酸堿指示劑，在酸性條件下顯紅色（深紅、玫紅），在中性條件下為紫色，在堿性條件下，隨著堿性增強，依次呈現藍色、綠色、黃色以及兩種顏色的混合色。也就是說，花青素在從強酸性到強堿性的pH遞變過程中，依次會出現以下10種顏色： 深紅、玫紅、紅紫、紫色、藍紫、藍色、藍綠、綠色、黃綠、黃色。因此，石榴藍莓風味的力量帝飲料不僅可以用來做變色實驗，而且還可以用來做酸堿指示劑的趣味實驗： 取50mL力量帝（石榴藍莓風味）飲料，逐滴加入飽和食用純堿溶液，當溶液顏色呈現紅紫時，從紅紫→紫色→藍紫→藍色的顏色階段，只需加入一滴食用純堿溶液即可引起顏色變化。

前期研究還發現，酷樂仕龍卷C（火龍果風味）也可做酸堿指示劑，但是顏色不多，僅有紅色和黃色兩種。在中性和酸性條件下，顯示的是酷樂仕龍卷C（火龍果風味）自身的紅色。在堿性條件下顯黃色，堿性越強，黃色越深。在變色實驗中，酷樂仕龍卷C（火龍果風味）振蕩前顯綠色，振蕩后顯藍色，而原液顯紅色，原液加堿液后顯黃色。紅黃綠是交通燈的三種顏色，紅黃藍又是三原色，因此，采用酷樂仕龍卷C（火龍果風味）進行變色實驗，可以進行多種有趣的聯系生活的情境設計。

2飲料變色實驗反應原理

本文所述變色實驗是基于經典趣味化學實驗藍瓶子實驗的反應原理而設計。藍瓶子實驗的現象是無色溶液振蕩后變成藍色，靜置后褪為無色，此現象具有可重復性。該實驗常被用于化學表演類活動以及化學動力學問題的探究教學。經典藍瓶子實驗所用試劑為葡萄糖、氫氧化鈉和亞甲基藍。實驗過程及實驗原理如表3所示[1]： 藍瓶子實驗中，葡萄糖、氫氧化鈉和亞甲基藍都是一級反應。氧氣為零級反應。意味著葡萄糖、氫氧化鈉和亞甲基藍的濃度越大，顏色變化越快。而氧氣濃度對反應速率卻沒有影響。

1994年，托里弗（Tolliver）和庫克（Cook）發現，藍瓶子實驗中的葡萄糖可換成其他糖類，比如D核糖、D果糖等[2]。1997年，斯尼哈拉薩（Snehalatha）等發現，以硫酸或者鹽酸酸化的亞甲基藍溶液中加入維生素C，也可以呈現藍瓶子實驗的現象[3]。

3飲料變色實驗的創新方法

鑒于時間和精力有限，本研究不能窮盡所有市售飲料進行變色實驗。根據反應機理，可以根據需要對本文所述變色實驗加以改進和創新。首先，在飲料選擇上，成分中含有葡萄糖或者其他糖類物質以及含有維生素C的飲料，原則上均可用于變色實驗。其次，要控制好實驗條件，將振蕩后溶液的褪色時間控制在最佳范圍內。筆者多次實驗之后發現，5～15秒的褪色時間效果較好。

飲料變色實驗中，要解決的難題是加快飲料的褪色速率。本實驗中，能夠提高反應速率的因素主要是濃度和溫度。從反應機理可知，若提高糖類物質、維生素C、堿性溶液和亞甲基藍溶液的濃度，或者提高反應溫度均可達到實驗目的。

市售飲料中的各項成分一般是固定不變的，其中糖類物質或者維生素C含量無法改變。但在購買飲料時，可以通過飲料瓶上的成分標識，選擇糖類物質或者維生素C含量稍高的飲料進行實驗。

溶液堿性越強，褪色速度越快。但是實驗發現，如果堿性過強，在亞甲基藍溶液加入后溶液就立刻褪色，甚至不出現顏色變化，不利于觀察振蕩前顏色。反之，如果溶液堿性太弱，又會使褪色速度過慢，從而降低實驗的趣味性。實驗改進時，可參考表1、表2中的實驗數據，對堿液用量進行調整。

溫度是影響實驗速率的關鍵因素。關于溫度與反應速率之間的關系，有個經驗規則： 溫度每升高10℃，反應速率約提高一倍。實驗改進時，如果濃度因素不能達到實驗目的，可通過改變溶液溫度的辦法，對褪色時間加以控制。

4結語

藍瓶子實驗是著名的化學趣味實驗之一，但是所用試劑均為實驗室里的化學藥品，遠離學生的生活世界?；谏罨瘜W的教育理念，根據藍瓶子實驗的反應機理，筆者對經典藍瓶子實驗進行生活化設計，采用日常生活中常見的飲料、管道通疏通劑、食用純堿和亞甲基藍魚缸消毒劑等進行實驗，不僅重現了經典，而且比經典實驗更加安全，便于攜帶，顏色也更豐富多彩。飲料變色實驗不僅可作為教師演示實驗，還可用于學生操作實驗，甚至可作為家庭科學教育活動和親子游戲，培養學生的科學興趣。

參考文獻：

[1]Engerer S. C. The Blue Bottle Reaction as a General Chemistry Experiment on Reaction Mechanisms [J]. Journal of Chemical Education， 1999，76（11）： 1519～1520.

[2]Tolliver R. M.， Cook A. G. The Blue Bottle experiment revisited [J]. Journal of Chemical Education， 1994，71（2）： 160～161.

[3]Snehalatha T. Methylene BlueAscorbic Acid： An Undergraduate Experiment in Kinetics [J]. Journal of Chemical Education， 1997，74（2）： 228～233.