高中化學課外實踐

本文我們探討了用植物自制酸堿指示劑的可行性及其在化學實驗教學中的應用。首先，分析了植物中天然色素與酸堿反應的特性，設計了教學案例并組織學生開展實踐活動。其次，研究并詳細描述了以四季秋海棠、玫瑰花等為原料制作指示劑的步驟，并測試自制指示劑的變色范圍。最后，評估了自制指示劑在教學中的實際應用效果。

通過課外實驗將化學引入生活，觀察生活中的物質怎樣隨環境的酸堿變化而發生變化。在酸堿中和滴定實驗中，酸堿指示劑發揮著重要作用，它能夠通過顏色變化直觀地反映溶液的酸堿性。在分組實驗中，學生可以看到酚酞、甲基橙、石蕊的不同變色及變色范圍。

一、用植物制作酸堿指示劑的可行性分析

（一）植物中的天然色素與酸堿的反應

在化學實驗中，酸堿指示劑發揮著重要的作用，它能夠通過顏色變化直觀地反映出化學環境的酸堿性。為了提高學生對化學的興趣，增強化學與生活的聯系，教師可引導學生對用植物制成的酸堿指示劑的可行性進行分析，重點關注植物中的天然色素與酸堿反應的關系，以及這些色素在酸堿環境中的顏色變化。

首先，我們需要了解植物中的天然色素。這些色素不僅賦予植物豐富多彩的顏色，還具有獨特的化學性質。在眾多的植物色素中，花青素、黃酮類化合物和類胡蘿卜素等是常見的具有指示劑功能的天然色素。這些色素分子結構中的共軛雙鍵系統使其能夠吸收特定波長的光，從而展現出特定的顏色。而當這些色素處于不同的酸堿環境中時，它們的分子結構會發生變化，導致吸收光的波長發生改變，進而引起顏色的變化。

經網絡查詢資料后，我們選擇了多種生活中常見的蔬菜瓜果作為備選材料。

紅蘿卜皮特別是紫皮和紅皮蘿卜的表皮含有花青素和蘿卜紅，可以用來制作指示劑。將表皮加入適量的95%或50%的酒精，得到的溶液遇酸會呈現紅色（大紅到橘紅），遇堿則呈現藍色到草綠或黃綠色，中性溶液中呈淡紫色。紫甘藍葉片中的花青素色素也可以用作酸堿指示劑，其顏色變化范圍廣泛，適用于不同pH值的檢測。玫瑰花、牽牛花、四季秋海棠、三角梅花瓣含有豐富的色素，可以提取出來制作酸堿指示劑。它在不同酸堿度的溶液中會呈現出不同的顏色。葡萄、茄子皮、紫甘薯、藍莓中的色素也可以用作酸堿指示劑，其顏色變化與溶液的酸堿性密切相關。此外，血橙、紅球甘藍、櫻桃、紅橙、紅莓、草莓、桑葚、山楂皮、紫蘇、黑（紅）米等植物的某些部分（如花瓣、果實、葉片等）也含有可用于制作酸堿指示劑的色素。

比較來看，花青素是一種典型的水溶性天然色素。在酸性環境中，花青素呈現出紅色或紫色，而在堿性環境中則轉變為藍色或綠色。這種顏色變化的可逆性和敏感性使得花青素成為一種理想的首選酸堿指示劑。通過提取植物中的花青素，并經過適當地純化處理，我們可以得到一種具有實用價值的植物酸堿指示劑。

我們對用植物制成的酸堿指示劑的可行性進行分析。從理論角度來看，植物中的天然色素具有與合成指示劑相似的酸堿響應機制。這意味著在適當的條件下，植物色素可以替代傳統的合成指示劑用于酸堿滴定等化學實驗。

（二）用植物自制酸堿指示劑的優勢與局限性

用植物自制酸堿指示劑的優勢主要體現在以下幾個方面：首先，來源廣泛且易于獲取。許多常見的植物，如玫瑰花、杜鵑花，胡蘿卜等，都可作為自制酸堿指示劑的原料，這些植物在學校或家庭環境中都能輕松找到，大大降低了實驗的門檻。其次，自制過程富有教育意義。通過親手制作酸堿指示劑，學生能夠更深入地理解酸堿反應的原理，提升對化學實驗的興趣和參與度。此外，自制酸堿指示劑還具有環保性。與市售指示劑相比，用植物自制指示劑無需復雜的化學合成過程，能減少對環境的污染。而且，通過生活中常見的植物制取化學試劑、進行化學反應、觀察反應現象，可以增強化學與生活的聯系，使化學以一種更溫馨、柔和的方式貼近學生的日常生活，提升學生探索科學知識與科學規律的興趣。

然而，用植物自制酸堿指示劑也存在一定的局限性。首先，其穩定性較差。由于植物中的色素成分復雜，自制指示劑在長期的保存過程中容易發生顏色變化或沉淀，影響其準確性和可靠性。其次，自制指示劑的顏色變化范圍可能較窄，不如市售指示劑那樣顏色變化豐富多彩，這在某些需要精確判斷酸堿度的實驗中可能會受到限制。此外，自制過程中的操作誤差也可能導致指示劑的性能不穩定。例如，提取植物色素時的溫度、時間等條件控制不當，都可能影響最終產品的品質。

與市售酸堿指示劑相比，用植物自制的酸堿指示劑在來源、教育意義和環保性方面具有明顯優勢，但在穩定性、顏色變化范圍和操作便捷性方面則存在一定的局限。因此，在實際應用中，我們需要根據具體的實驗需求和環境條件來選擇合適的酸堿指示劑。例如，在教學實驗中，自制的植物酸堿指示劑因其富有教育意義和環保性而受到青睞；而在科研或工業生產中，則更傾向于使用性能穩定、顏色變化豐富的市售指示劑。

綜上所述，用植物自制酸堿指示劑作為一種獨特的實驗，具有一定的可行性和實驗價值。通過研究植物中天然色素的種類、化學性質及其在酸堿環境中的變化規律，選取多種植物為樣本進行操作，不僅有助于豐富化學實驗教學內容和教學手段，還為培養學生的創新能力和實踐能力提供了有力支持。

二、用玫瑰花、四季秋海棠花、三角梅制作酸堿指示劑

（一）材料的采集與處理

在眾多可供選擇的植物中，（學生大部分都是農村住校生，經濟條件有限，而且校園內獲取蔬菜的難度較大，再加上水果的價格又高。）選擇我校校園中常見的幾種花材作為制作酸堿指示劑的材料最為合適。玫瑰花、四季秋海棠花、三角梅這三種鮮花都是鮮紅色，富含花青素，正好進行不同植物中花青素含量及性質的比較。本次實驗在深秋時節進行，花朵均可在校園內采摘獲得，且用量不大，不會破壞校園環境。學生先選擇新鮮且未受病蟲害的花朵作為原料，每種花材采摘十五至二十朵，采摘后，應盡快進行處理，以防花朵變質。處理步驟包括去除花朵中的雜質，如花萼、花柄等，僅保留花瓣部分。隨后，將花瓣用清水沖洗干凈，并晾干。或用紙巾輕輕吸干水分，以備后續使用。

（二）提取液的選擇與提取流程

在自制酸堿指示劑的過程中，需要多種不同的溶劑來提取花瓣中的有效成分，如水、酒精等。考慮到提取效果與安全性，本實驗中分別選擇水、無水乙醇作為提取液。提取流程如下：將處理好的花瓣放入研缽中，加入適量水或無水乙醇，然后充分研磨花瓣至糊狀。研磨過程中要注意力度均勻，以充分破壞細胞壁，釋放出色素。其中，四季秋海棠最易研磨，因其花瓣富含水分，很柔軟，輕輕研磨就會出汁水色素。玫瑰花瓣富有韌性，可以先用剪刀剪小后再研磨。三角梅的花瓣含水量最低，可以先剪碎，后稍加水再研磨。最后將研磨后的混合物倒入廣口試劑瓶中，用水或者無水乙醇浸泡2個小時后過濾，以去除花瓣殘渣，得到澄清的提取液。為了提高提取效果，可以控制提取液的量，或延長、縮短浸泡時間，直至提取液的顏色達到預期深度。

在提取過程中，我們需要注意以下幾點：一是要確保提取環境的清潔與干燥，以免影響提取效果；二是要控制好提取液與花瓣的比例，以保證提取效果的均勻性；三是在過濾過程中要使用細密的濾紙，以確保提取液的澄清度。三種植物提取液中，四季秋海棠提取液的顏色最為鮮亮，是明媚的玫紅色；紅色玫瑰花的提取液是淡淡的粉色；三角梅的提取液顏色則呈現黃綠色。

（三）指示劑配制與保存

將提取液用濾紙過濾后，轉移到細口試劑瓶中保存，分裝在6個瓶子中，注明花材及提取溶劑。可以明顯看出用無水乙醇提取出來的顏色更深。

為了提高色素溶液的穩定性和保存期，我們可以加入適量的防腐劑，如苯甲酸鈉等。配制好的色素溶液應存放在避光、密封的容器中，防止因受潮或光照而導致色素分解。因不同植物材料提取的色素成分和性質可能有所不同，所以指示劑的顏色變化和靈敏度也會存在差異。因此，在使用自制指示劑時，我們需要結合實際情況進行選擇和調整，以獲得最佳的實驗效果。

（四）指示劑的使用與現象

我們用制配好的以無水乙醇為提取劑的三種鮮花酸堿指示劑分別與酸堿進行反應，觀察顏色變化，看試劑的靈敏度與顯色是否明顯。

實驗步驟：我們將四季秋海棠酸堿指示劑標注為1號，玫瑰花酸堿指示劑標注為2號，三角梅酸堿指示劑標注為3號，分別取三支裝有0.1mol/L的鹽酸溶液跟三支裝有0.1mol/L的NaOH溶液的試管放在比色管架上，分別依次滴入1、2、3號酸堿指示劑。

實驗現象：滴加1號指示劑的鹽酸溶液呈玫紅色，滴加2號指示劑的鹽酸溶液呈玫紅色，滴加3號指示劑的鹽酸溶液呈黃色。

滴加1號指示劑的NaOH溶液呈藍紫色，滴加2號指示劑的NaOH溶液呈藍綠色，滴加3號指示劑的NaOH溶液呈深黃綠色。

1號、2號酸堿指示劑顯色效果非常明顯，靈敏度也很高。特別是2號酸堿指示劑。本次通過植物制取酸堿指示劑實驗成功。

通過上述步驟，可以利用花瓣成功制作出酸堿指示劑。通過自制酸堿指示劑的過程，學生還可以更加深入地了解溶解度的概念，及同一溶質在不同溶劑當中溶解度的不同，也可以了解到不同物質的性質會有所不同。

三、自制酸堿指示劑的變色范圍測試

（一）測試方法與結果

我們想在自制酸堿指示劑顯色實驗成功的基礎上進一步測試自制酸堿指示劑的變色范圍。我們著重探討了測試方法與標準。為了確保測試的準確性和可靠性，我們精心創建了測試環境并制定了詳盡的測試流程。測試環境的搭建考慮到了溫度、濕度以及光線等外部因素對指示劑性能可能產生的影響，從而確保實驗條件的一致性。在測試流程方面，我們設計了多個環節，從指示劑的制備到其在不同pH值溶液中的反應觀察，每一步都經過精心策劃。

在指示功能的確定上，我們采用了數字化的pH傳感器來準確測量溶液的酸堿度，并觀察指示劑在不同pH值下的顏色變化。在測試環節，在變色范圍的確定上，學生可以利用這些指示劑進行酸堿滴定實驗。在滴定過程中，用精密的pH傳感器實時監測溶液pH值變化，學生需要仔細觀察指示劑顏色的變化，并記錄pH值與顏色變化。我們主要選取了四季秋海棠跟玫瑰花兩種。用錐形瓶取10ml 0.1mol/L的鹽酸滴加酸堿指示劑，然后用0.1mol/L的NaOH溶液進行滴定，在變色時用pH傳感器捕捉實時pH值。然后進行反向滴定，用錐形瓶取10ml 0.1mol/L的NaOH溶液滴加酸堿指示劑，然后用0.1mol/L的鹽酸進行滴定，在變色時用pH傳感器捕捉實時pH值。分別測出酸堿變色的區間。我們觀察到這兩種自制指示劑在酸堿性溶液中均表現出了明顯的顏色變化。

通過這一系列細致的實驗操作，我們能夠精確地繪制出指示劑的變色范圍圖譜。在實驗過程中，我們觀察到自制酸堿指示劑在酸性環境下呈現紅色，而在堿性環境下則變為藍色。這一發現為我們進一步了解和應用該指示劑提供了重要依據。

通過這些實踐活動，我們不僅鍛煉了學生的動手能力，還讓他們更加直觀地理解了酸堿指示劑的工作原理。同時，這也體現了科學與生活的緊密聯系，激發了學生對科學探索的興趣。

（二）測試結果分析

在化學實驗中，酸堿指示劑能發揮很大作用，它們能夠通過顏色變化來直觀地顯示溶液的酸堿性。將從測試結果以及與市售指示劑的性能對比兩個方面，深入探討自制酸堿指示劑的優缺點。

首先，從測試結果分析入手。在實驗過程中，我們選用了玫瑰花等作為原料，通過提取其花瓣中的天然色素來制作酸堿指示劑。測試結果顯示，在酸性環境下，玫瑰花、海棠花、四季秋海棠花指示劑呈現出紅色，而三角梅指示劑則呈現出黃色；在堿性環境下，以上兩種顏色則分別變為了藍色和綠色。這種顏色變化的敏感度和準確性，使我們能夠直觀地判斷溶液的酸堿性。通過對比不同指示劑在酸堿滴定中的呈色，學生可以更深入地了解酸堿指示劑的性質和作用機理。

為了全面評估自制酸堿指示劑的性能，我們還進行了與其他市售指示劑的對比實驗。實驗結果顯示，自制指示劑在變色靈敏度、顏色變化范圍以及穩定性等方面均表現出良好的性能。這些實驗結果不僅驗證了我們的制備方法的有效性，也為今后進一步優化指示劑提供了有益的參考。

此外，我們還探討了自制酸堿指示劑在實際應用中的潛力。例如，在環境監測、化學實驗等領域，自制酸堿指示劑都能發揮其獨特的優勢。特別是在教學領域，通過讓學生親手制作并使用酸堿指示劑，可以更加直觀地幫助他們理解酸堿反應的原理。

綜上所述，通過一系列嚴格的性能測試和分析，我們驗證了自制酸堿指示劑的可靠性和實用性。這一研究成果不僅豐富了酸堿指示劑的選擇范圍，還為相關領域的研究和應用提供了新的思路和方法。

四、自制酸堿指示劑的優缺點

與市售指示劑相比，自制酸堿指示劑具有以下優點：首先，自制指示劑來源廣，成本低。植物花瓣中富含的天然色素是制作酸堿指示劑的優質原料，這些植物易于獲取，且成本低廉。其次，自制指示劑環保安全。與市售指示劑相比，自制指示劑不含有任何化學添加劑和有害物質，對環境友好且對人體無害。最后，自制指示劑的制作過程簡單有趣，能夠激發學生的學習興趣和探究精神，培養其實踐能力和創新意識。

自制酸堿指示劑的缺點：首先是穩定性較差。由于自制指示劑是基于天然色素制作的，這些色素容易受到溫度、光照等因素的影響而發生降解或變色，從而影響指示劑的準確性和穩定性。其次，自制指示劑的顏色變化范圍較窄，色素含量不高，測試體積較大的溶液時顯色不夠明顯。

五、學生實踐活動的總結

在化學學習的道路上，實踐活動扮演著至關重要的角色，它們不僅能夠激發學生的學習興趣，還能深化學生對理論知識的理解。本次學生實踐活動的核心內容是自制酸堿指示劑，通過親手制作并測試這些指示劑，學生得以直觀地觀察酸堿反應的變化過程，從而更加牢固地掌握相關知識。

在活動組織方面，教師事先準備了必要的實驗器材和試劑，并詳細講解了實驗原理和操作步驟。學生則按照分組，每組選取不同的植物材料——如玫瑰花、海棠花、四季秋海棠、三角梅等作為自制指示劑的原料。這樣的安排，不僅保證了實驗的順利進行，還增強了活動的趣味性和探究性。

實驗過程中，學生積極參與，嚴格按照實驗步驟進行操作。他們先將植物材料研磨成汁，再通過過濾得到清澈的指示劑溶液。隨后，在教師的指導下，他們使用這些自制指示劑對不同的酸堿溶液進行了測試，并驚喜地發現，這些原本看似普通的植物汁液，在酸堿環境下竟然能夠呈現出鮮明的顏色變化。這一發現無疑激發了學生對化學的極大興趣。

制取結束后，教師組織學生進行指示劑變色范圍的測試，組織對實驗結果進行分析與討論。學生通過pH傳感器的使用對數字化化學實驗形成初步印象，通過繪制滴定曲線等方式進一步鞏固對酸堿滴定實驗的理解，將學生對實驗結果的分析從性變轉化為量變。后續活動中，教師可以引導學生思考如何改進自制指示劑的制備方法，以提高其靈敏度和準確性；還可以鼓勵學生嘗試利用其他植物材料制備酸堿指示劑，以拓寬學生的視野和思維，引導學生對自制指示劑的使用效果進行客觀的評價。總之，學生通過親手制作和測試酸堿指示劑，能對酸堿反應的理解更加深入，他們不僅可以學會如何運用化學知識解決實際問題，還能體會到科學探究的樂趣和成功的喜悅。

（作者單位：沐川中學校）

編輯：蔚慧敏