正交試驗優(yōu)選常溫情況葡萄糖銀鏡反應

陳琪

摘要：針對教材中葡萄糖發(fā)生銀鏡反應的實驗進行改進，設計正交試驗探究AgNO3溶液的濃度、氨水的濃度、葡萄糖溶液的濃度、NaOH溶液的濃度四種因素對實驗效果的影響，優(yōu)選出常溫情況下短時間內出現(xiàn)明顯現(xiàn)象的葡萄糖銀鏡反應的實驗條件。

關鍵詞：正交試驗;葡萄糖;銀鏡反應;最佳條件

文章編號：1008-0546（ 2020）08-0087-03

中圖分類號：C632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.08.024

葡萄糖的銀鏡反應是中學有機化學中一個非常重要的演示實驗和學生實驗。實驗失敗的情況主要有：銀鏡發(fā)暗不光亮，鏡面薄，有斑點、花紋，甚至看不到鏡面只能得到顆粒狀的銀等。這些問題都需要借助科學的方法來探究實驗成敗的關鍵和改進措施，以達到理想的實驗結果。蘇教版《化學2》對這個實驗的描述為“在溫水浴里加熱3-5min”，為了簡化實驗，增強實驗的趣味性，在短時間內出現(xiàn)明顯的現(xiàn)象，筆者對實驗進行改進，通過正交試驗探究常溫情況下葡萄糖發(fā)生銀鏡反應的最佳條件，為教師演示實驗和學生趣味實驗提供啟發(fā)。

一、實驗儀器和藥品

1.實驗儀器

試管、燒杯、天平、量筒、玻璃棒、膠頭滴管

2.實驗藥品

硝酸銀、濃氨水、葡萄糖、氫氧化鈉、蒸餾水

二、正交試驗篩選

1.試驗指標

試驗的指標有兩個：一個是銀鏡的質量，另一個是出鏡的時間。為了更好更直觀地體現(xiàn)試驗結果，筆者對銀鏡的質量和出鏡的時間進行了賦值，并對兩者進行權重比例賦值[1]，銀鏡的質量占80%，出鏡的時間占20%，比例為4：1，具體數(shù)據(jù)見表1和表2所示。

2.試驗過程

在潔凈的試管1中加入2mL硝酸銀溶液，振蕩試管，同時滴加氨水，直到析出的沉淀恰好溶解為止。取另一支潔凈的試管2，加入10滴葡萄糖溶液，振蕩試管，同時滴加10滴氫氧化鈉溶液。將試管2中的溶液倒人試管1中，靜置，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。

所謂因素，也稱因子，是試驗中考查對試驗指標可能有影響的實驗條件[2]。影響葡萄糖銀鏡反應的主要因素有：AgN03溶液的濃度、氨水的濃度、葡萄糖溶液的濃度、NaOH溶液的濃度。所謂水平，是試驗中選定的因素所處的狀態(tài)和條件。通過實踐過程研究和文獻研究[3]，確定各因素的水平見表3所示。確保其他條件一致的情況下，正交試驗安排見表4所示。

如圖l，根據(jù)觀察比較，9號試驗產生的銀鏡質量最好，得到銀鏡的時間較短，所以較優(yōu)實驗方案為9號實驗，其水平組合為A3B3C2D1（即AgNO，溶液的濃度4%、氨水的濃度4%、葡萄糖溶液的濃度10%、NaOH溶液的濃度5%）。

如表5，極差（R）標志著該因素對指標影響的大小，極差（R）值越大，表明該因素對指標的影響越大。從正交試驗結果直觀分析表中可以看出，AgNO3溶液的濃度極差為26.0，遠遠大于其他各影響因素，為本實驗的主要影響因素。由直觀分析可知，在所選定的因素水平范圍內，各因素對試驗指標的影響關系由主要到次要依次為：A（AgNO3溶液的濃度）、D（NaOH溶液的濃度）、B（氨水的濃度）、C（葡萄糖溶液的濃度）。 平均值（k）的最大值對應的水平就是最好水平，把各因素的最好水平組合在一起，就選出了最優(yōu)水平組合。因此，計算選出的最優(yōu)水平組合為A383C3D，（即AgNO3溶液的濃度4%、氨水的濃度4%、葡萄糖溶液的濃度20%、NaOH溶液的濃度5%）。

如表6，方差分析結果同樣說明，AgNO3溶液的濃度對指標的影響相對較大，氨水的濃度對指標的影響相對較小。

如圖2，AgNO3溶液的濃度適宜較大，NaOH溶液的濃度不宜過大，氨水和葡萄糖的濃度影響相對較小。

4.驗證試驗

取計算選出的最優(yōu)水平組合A383C3D1和A2B2C1D1水平組合試驗進行比較，見表7所示。

最優(yōu)水平組合A383C3D.試驗得分99，遠遠高于對比試驗A2B2C1D1水平組合，略高于正交試驗安排中的9號試驗A383C2D1水平組合，說明驗證試驗結果與正交試驗結果相一致，表明優(yōu)選出的常溫情況下的葡萄糖銀鏡反應的實驗條件達到了預期的效果。

三、結果和討論

常溫情況下，葡萄糖和銀氨溶液的反應可以短時間內產出質量較好的銀鏡，控制AgNO3溶液的濃度4%、氨水的濃度4%、葡萄糖溶液的濃度20%、NaOH溶液的濃度5%就可以達到理想的效果。

筆者通過多次試驗后發(fā)現(xiàn)，只要控制好各物質的濃度就可以在1分鐘以內產生優(yōu)質的銀鏡，但是AgNO3溶液的濃度不宜過小，NaOH溶液的濃度不宜過大，氨水和葡萄糖溶液的濃度可以根據(jù)具體情況進行調節(jié)。

本實驗還是存在實驗結果的波動，主要是由實驗誤差引起的，該實驗的誤差主要表現(xiàn)在：各溶液的配制、評分的主觀性等。

參考文獻

[1]孫影，賈衛(wèi)國.利用SPSSI 3.0軟件實現(xiàn)化學實驗數(shù)據(jù)的方差分析[J].化學教學，2006（8）：47-49

[2] 王悅.影響銀鏡反應實驗因素探究[J].科技信息，2008 （13）：360

[3]孔令琦，丁偉.正交試驗優(yōu)選實驗室制備乙酸乙酯的方法[J]化學教學，2014（4）：51-53