中考化学探究实验设计──酸、碱溶液与指示剂的作用

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1．化学反应原理：


⑴
石蕊和酚酞等酸碱指示剂能与酸溶液或碱溶液作用，生成不同颜色的物质，因此可用这些物质指示酸或碱，称为酸碱指示剂。其显色情况如下表。

指示剂	酸性溶液	中性溶液	碱性溶液
石蕊	红色	紫色	蓝色
酚酞	无色	无色	红色

⑵
很多植物色素在酸溶液或碱溶液中也显不同的颜色，也可用于作为酸碱指示剂。


2．实验仪器：试管、滴管、研钵、纱布等。



实验药品：石蕊试液、酚酞试液、食醋、石灰水、稀盐酸、稀氢氧化钠溶液、牵牛花、月季花、紫卷心菜、胡萝卜、酒精、蒸馏水等。


3．探究方案：


方案一：


将8支试管分成两组，每组的4组试管中分别加入少量食醋、石灰水、稀盐酸、稀氢氧化钠溶液。向其中一组试管中滴入几滴紫色石蕊试液，向另一组试管中滴入几滴无色酚酞试液。观察现象。

	加入石蕊试液后的颜色	加入酚酞试液后的颜色
食醋	红色	无色
石灰水	蓝色	红色
稀盐酸	红色	无色
稀氢氧化钠溶液	蓝色	红色

以上实验证明石蕊试液遇酸变红色，遇碱变蓝色；酚酞试液遇酸显无色，遇碱显红色。


方案二：


⑴
取几种植物的有色花瓣或有色表皮，如牵牛花瓣、月季花瓣、紫卷心菜叶、胡萝卜皮等，放入研钵中捣烂，加适量的酒精溶液（乙醇与水的体积比以1∶1为宜）浸泡十分钟。


⑵
用纱布将浸泡出的汁液过滤或挤出，得到指示剂；


⑶
将自制的指示剂分别滴加到食醋、石灰水、稀盐酸和稀氢氧化钠溶液中，检测指示剂的变色情况。


4．探究评价：


本实验的操作很简单，但现象是否明显，在于指示剂的配制。市售的石蕊试剂中含有较多的红色素杂质，若没有除去就配成溶液，将该试液加入碱性溶液中后，由于红色素的干扰，使颜色偏紫，现象不明显。酚酞不溶于水，因此，酚酞试液浓度过大，在溶液中易形成白色浑浊，干扰了实验现象的观察。氢氧化钠溶液浓度过大，滴加酚酞试液后，变红色后会立即变无色，教师在学生面前可能遇到“有理说不清”的尴尬。所以，氢氧化钠溶液的浓度切不可过高，一般在0.1 mol／L以下为宜。


理论上，有色植物器官的浸出液都可以做酸碱指示剂，但有些植物色素在酸碱溶液中变色不明显。教师要多取几种植物色素，通过比较有选择性地推荐给学生。一般来说，在自然条件下颜色较深的植物花瓣、果皮、茎叶表皮等，变色相对比较明显。


5．资源开发：


⑴
月季花、菊花、喇叭花、丝瓜花、一串红、牵牛花、凤仙花等浸出液在酸性溶液或碱性溶液里会明显地显示不同的颜色。只要把这些花切碎捣烂，用酒精浸制，所得浸泡液也可以用作酸碱指示剂。

植物	浸出液颜色	遇酸时颜色	遇碱时颜色
白菜叶	绿色	黄色	黄绿色
月季花	土红色	桃红色	黄色
红玫瑰	红色	红色	黄色
牵牛花	紫色	红色	蓝色

⑵
经比较精确的试验，红萝卜皮浸出液、紫卷心菜浸出液和米苋菜浸出液的变色范围如下表。由于浸出液的浓度和制做方法上的差异，其变色范围略有差异。仅供参考：

pH	0	1	2	3	4	5	6	7		8	9		10	11	12	13		14
红萝卜皮浸出液	红色						紫红色			绿色				黄色
紫卷心菜浸出液	红色			浅紫色			蓝色			青绿色			绿色			黄色
米苋菜浸出液	紫红色		玫瑰红色			洋红色			黄色			黄绿色					亮黄色

⑶
常见酸、碱指示剂

指示剂	指示剂本身性质	在酸溶液中的颜色	在碱溶液中的颜色	室温下变色 范围（pH）	配制方法	每10 mL试 液用的滴数
甲基橙	碱	红	黄	3.1～4.4	每升水中溶解1 g（0.1%）。	1
石蕊	酸	红	蓝	5.0～8.0	1g石蕊溶于50mL水中，静置一昼夜后过滤。在滤液中加入30mL95%乙醇，再加水稀释至100mL。	3
酚酞	酸	无	深红	8.2～10.0	每升90%乙醇中溶解1g。	1～3
百里酚蓝	酸	红	黄	1.2～2.8	0.1g指示剂溶于4.3mL0.05mol／L NaOH溶液中研匀，用水稀释至　250mL（0.04%）；或1g溶液于1L 20%乙醇中。	1～2
甲基黄	碱	红	黄	2.3～4.0	每升90%乙醇中溶解1 g。	1
溴酚蓝	酸	黄	蓝	3.0～4.6	0.1g指示剂溶于3mL0.05mol／L NaOH溶液中研匀，用水稀释至250mL；或每升20%乙醇中溶解1g。	1
溴甲酚蓝	酸	黄	蓝	3.8～5.4	0.1g指示剂溶于3mL0.05mol／L NaOH溶液中研匀，用水稀释至250mL；或每升20%乙醇中溶解1g。	1
甲基红	碱	红	黄	4.2～6.3	每升60%乙醇中溶解1g。	1
酚红	碱	黄	红	6.6～8.9	0.1g指示剂溶于5.7mL0.05mol／L NaOH溶液中研匀，用水稀释至250mL。	1
中性红	碱	红	黄橙	6.8～8.0	每升60%乙醇中溶解1g。	1
百里酚酞	酸	无	蓝	9.4～10.6	每升90%乙醇中溶解1g。	1～2

6. 创新思维：


⑴　当酚酞试液滴入较浓的NaOH溶液（大于2.0 mol／L），立即显紫红色，很快褪成无色；再滴入无色酚酞，又显红色，立即又褪成无色，可以如此反复多次。实验还表明，NaOH溶液的浓度越大，红色褪去的速度越快。


⑵
把上面实验中滴有酚酞并褪成无色的NaOH溶液分装在几支试管中，做如下实验：


①
加热煮沸，红色又复出现，冷却红色又消失；再加热，再冷却，上述现象不断重复。


②
滴入稀盐酸（或稀硫酸）又出现红色，滴入过量稀盐酸（或稀硫酸）将溶液酸化，红色又消失。





③
将溶液加水稀释若干倍（10倍以上），再滴入酚酞试液或把稀释液加热煮沸，都会再次显红色。前者说明稀释液仍显碱性，后者说明稀释液在加热时有酚酞生成跟碱反应显红色。


⑶
把1.0 mol／L NaOH溶液稀释成不同浓度的溶液，再滴入酚酞试液。现象记录如下：

NaOH溶液浓度（mol／L）	1.0	0.8	0.6	0.4	0.2	0.1	0.05
NaOH溶液体积（mL）	5	5	5	5	5	5	5
酚酞试液（滴）	3	3	3	3	3	3	3
红色褪去时间（min）	4～5	6～7	10～12	15～20	30～40	40～50	数小时

实验说明，溶液浓度小于0.6 mol／L之后，红色褪去的时间长，褪色也很不彻底（呈粉红色）。


⑷
在浓氨水、饱和Na2CO3溶液，饱和石灰水，以及浓度小于0.05 mol／L的NaOH溶液中滴入酚酞试液，溶液都呈红色，而且红色均几乎不褪。


酚酞与氢氧化钠溶液反应，其实是酚酞与氢氧化钠生成钠盐的过程。酚酞钠盐有红色二钠盐和无色三钠盐，它们之间存在如下图所示的转化关系：





酚酞的二钠盐只有在稀碱溶液中才是的，当NaOH溶液浓度大于０.１mol／L或在pH值大于13的强碱性溶液中，这种红色会转化为无色的三价钠盐。


无色三钠盐在水溶液中相当稳定，但与酸反应时又重新生成酚酞二钠盐呈红色。所以在浓碱溶液中滴加酚酞后又变无色的溶液中，滴加酸溶液，一方面酸将碱中和了使碱的浓度降低，同时又使三钠盐转化为二钠盐，溶液再次转化为红色。


有鉴于此，在做指示剂和碱反应的实验时，可以选用任意浓度的氨水或石灰水，也可以用Na2CO3溶液代替，尽可能不要用NaOH、KOH等溶液，也不要用pH＞13的碱溶液。