正交試驗(yàn)優(yōu)選常溫情況葡萄糖銀鏡反應(yīng)

陳琪

摘要：針對教材中葡萄糖發(fā)生銀鏡反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)效果的影響，優(yōu)選出常溫情況下短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)明顯現(xiàn)象的葡萄糖銀鏡反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件。

關(guān)鍵詞：正交試驗(yàn);葡萄糖;銀鏡反應(yīng);最佳條件

文章編號：1008-0546（ 2020）08-0087-03

中圖分類號：C632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.08.024

葡萄糖的銀鏡反應(yīng)是中學(xué)有機(jī)化學(xué)中一個(gè)非常重要的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)失敗的情況主要有：銀鏡發(fā)暗不光亮，鏡面薄，有斑點(diǎn)、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(xué)的方法來探究實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵和改進(jìn)措施，以達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。蘇教版《化學(xué)2》對這個(gè)實(shí)驗(yàn)的描述為“在溫水浴里加熱3-5min”，為了簡化實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性，在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)明顯的現(xiàn)象，筆者對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，通過正交試驗(yàn)探究常溫情況下葡萄糖發(fā)生銀鏡反應(yīng)的最佳條件，為教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生趣味實(shí)驗(yàn)提供啟發(fā)。

一、實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

1.實(shí)驗(yàn)儀器

試管、燒杯、天平、量筒、玻璃棒、膠頭滴管

2.實(shí)驗(yàn)藥品

硝酸銀、濃氨水、葡萄糖、氫氧化鈉、蒸餾水

二、正交試驗(yàn)篩選

1.試驗(yàn)指標(biāo)

試驗(yàn)的指標(biāo)有兩個(gè)：一個(gè)是銀鏡的質(zhì)量，另一個(gè)是出鏡的時(shí)間。為了更好更直觀地體現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果，筆者對銀鏡的質(zhì)量和出鏡的時(shí)間進(jìn)行了賦值，并對兩者進(jìn)行權(quán)重比例賦值[1]，銀鏡的質(zhì)量占80%，出鏡的時(shí)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(yàn)過程

在潔凈的試管1中加入2mL硝酸銀溶液，振蕩試管，同時(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

所謂因素，也稱因子，是試驗(yàn)中考查對試驗(yàn)指標(biāo)可能有影響的實(shí)驗(yàn)條件[2]。影響葡萄糖銀鏡反應(yīng)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(yàn)中選定的因素所處的狀態(tài)和條件。通過實(shí)踐過程研究和文獻(xiàn)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(yàn)安排見表4所示。

如圖l，根據(jù)觀察比較，9號試驗(yàn)產(chǎn)生的銀鏡質(zhì)量最好，得到銀鏡的時(shí)間較短，所以較優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案為9號實(shí)驗(yàn)，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(biāo)志著該因素對指標(biāo)影響的大小，極差（R）值越大，表明該因素對指標(biāo)的影響越大。從正交試驗(yàn)結(jié)果直觀分析表中可以看出，AgNO3溶液的濃度極差為26.0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他各影響因素，為本實(shí)驗(yàn)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(nèi)，各因素對試驗(yàn)指標(biāo)的影響關(guān)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(yīng)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(jì)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(jié)果同樣說明，AgNO3溶液的濃度對指標(biāo)的影響相對較大，氨水的濃度對指標(biāo)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(yàn)證試驗(yàn)

取計(jì)算選出的最優(yōu)水平組合A383C3D1和A2B2C1D1水平組合試驗(yàn)進(jìn)行比較，見表7所示。

最優(yōu)水平組合A383C3D.試驗(yàn)得分99，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對比試驗(yàn)A2B2C1D1水平組合，略高于正交試驗(yàn)安排中的9號試驗(yàn)A383C2D1水平組合，說明驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與正交試驗(yàn)結(jié)果相一致，表明優(yōu)選出的常溫情況下的葡萄糖銀鏡反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件達(dá)到了預(yù)期的效果。

三、結(jié)果和討論

常溫情況下，葡萄糖和銀氨溶液的反應(yīng)可以短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)出質(zhì)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(dá)到理想的效果。

筆者通過多次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，只要控制好各物質(zhì)的濃度就可以在1分鐘以內(nèi)產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)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(jìn)行調(diào)節(jié)。

本實(shí)驗(yàn)還是存在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的波動(dòng)，主要是由實(shí)驗(yàn)誤差引起的，該實(shí)驗(yàn)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(xiàn)

[1]孫影，賈衛(wèi)國.利用SPSSI 3.0軟件實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析[J].化學(xué)教學(xué)，2006（8）：47-49

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[3]孔令琦，丁偉.正交試驗(yàn)優(yōu)選實(shí)驗(yàn)室制備乙酸乙酯的方法[J]化學(xué)教學(xué)，2014（4）：51-53