化學(xué)反應(yīng)速率影響因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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摘要：在多酚氧化酶的作用下,蘋果汁中的多酚很容易被氧化成醌，從而使蘋果汁變色。若向蘋果汁中加入維C或少量食鹽，就可以減慢其被氧化的速度。因?yàn)椴煌瑴囟群蜐舛鹊奶O果汁的氧化速度各不相同，所以可借助不同條件下蘋果汁變色的速度來(lái)探究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素。

關(guān)鍵詞：蘋果汁；變色；化學(xué)反應(yīng)速率；影響因素

1問(wèn)題的提出

一次去酒店吃飯，筆者點(diǎn)了一扎蘋果汁，但服務(wù)員端上來(lái)的蘋果汁口感很差，不酸不甜，且是咸的。后來(lái)，筆者找來(lái)服務(wù)員問(wèn)其中的原因，她說(shuō)是加了鹽，目的是防止蘋果汁變色。作為一名化學(xué)教師，筆者告訴她，加鹽固然可以使蘋果汁不變色，但控制不好會(huì)使口感變差。較好的選擇是，可向蘋果汁中加一片維C或加些檸檬汁，既可防止其變色，又能保證其口感。不久，筆者看到一篇文章，題目叫“利用黑枸杞的化學(xué)平衡移動(dòng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及教學(xué)”。文章利用了“黑枸杞泡水會(huì)出現(xiàn)顏色是因?yàn)槠渲械幕ㄇ嗨厝芙饬恕边@一知識(shí)點(diǎn)?；ㄇ嗨厥且环N酸堿指示劑，該文作者就以黑枸杞水的顏色變化為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了7個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)和學(xué)生共同學(xué)習(xí)化學(xué)平衡移動(dòng)的問(wèn)題［1］。這兩件事情給筆者一個(gè)啟示：是不是可以利用蘋果汁的變色速率來(lái)研究化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素呢？筆者通過(guò)查閱資料了解到，蘋果汁的變色是其中的多酚在多酚氧化酶的催化下被氧氣所氧化造成的。多酚的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但教師若能用簡(jiǎn)單的文字來(lái)代替，學(xué)生還是很容易理解的。

2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1反應(yīng)原理

多酚+氧氣¾®¾¾¾多酚氧化酶醌。

2.2實(shí)驗(yàn)用品

新鮮蘋果、維生素C、食鹽、飲用水、榨汁機(jī)、杯子、量杯。

2.3實(shí)驗(yàn)步驟

（1）連接好榨汁機(jī)，把蘋果洗干凈。（2）取7只杯子，編號(hào)①②③④⑤⑥。（3）向①②③號(hào)杯子中各加100mL礦泉水，向④號(hào)杯子中加入100mL40℃左右的熱水，向⑤號(hào)杯子中加入100mL60℃左右的熱水。（4）榨汁。按杯號(hào)順序榨汁，標(biāo)準(zhǔn)是向6只水杯中各流入約40mL的蘋果汁。在流入蘋果汁的同時(shí)，請(qǐng)一名學(xué)生分別向①號(hào)杯子中快速加入半片維C、②號(hào)杯子中加入少量食鹽。（5）榨汁結(jié)束，觀察每只水杯中蘋果汁的顏色。（6）向⑥號(hào)杯子中加入100mL礦泉水，再次觀察每只水杯中蘋果汁的顏色。

2.4實(shí)驗(yàn)記錄

2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）號(hào)杯中的蘋果汁能保持長(zhǎng)時(shí)間不變色的原因是，維C與氧氣反應(yīng)速率更快，能快速消耗氧氣，從而保護(hù)了蘋果汁中的多酚不被氧化。通過(guò)①③組實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)物本身的性質(zhì)對(duì)反應(yīng)速率有影響。進(jìn)而言之，不同化學(xué)反應(yīng)速率的快慢主要受反應(yīng)物本身性質(zhì)的影響，即內(nèi)因是根本。（2）②號(hào)杯中的蘋果汁能保持長(zhǎng)時(shí)間不變色的原因是，因?yàn)槎喾友趸甘且环N蛋白質(zhì)，加入食鹽使之鹽析，會(huì)降低其催化效果，所以降低了反應(yīng)速率。通過(guò)②③組實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一化學(xué)反應(yīng)，加入催化劑可以加快其反應(yīng)速率。（3）通過(guò)對(duì)比③④⑤組實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一反應(yīng)，溫度升高會(huì)加快其反應(yīng)速率。（4）通過(guò)對(duì)比③⑥組實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一反應(yīng)，增大濃度會(huì)加快其反應(yīng)速率。（5）每只水杯中都會(huì)出現(xiàn)表面的變色速率明顯快于內(nèi)部的現(xiàn)象，由此可以發(fā)現(xiàn)，增大反應(yīng)物的接觸面積可以加快其反應(yīng)速率。

2.6注意事項(xiàng)

（1）蘋果原汁榨出后，應(yīng)直接流入放好水的杯子中，而不要先榨出原汁后再加入水中。因?yàn)樵兩乃俾屎芸?，幾乎剛流出就被氧化至很深顏色，所以根本無(wú)法觀察到顏色的變化。（2）蘋果汁與水的體積比控制在1∶2到1∶3較為合適。反之，濃度太大，變色速率太快，看不出溫度對(duì)變色速率的影響；濃度太低，顏色較淡，變色速率較慢，短時(shí)間內(nèi)難以觀察到變化，且蘋果汁的口感會(huì)較差。（3）關(guān)于溫度的影響，筆者建議把蘋果汁直接加到熱水中效果更好；而利用水浴加熱，溫度上升會(huì)比較慢，現(xiàn)象也不明顯。

3改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)

在蘇教版選修4“化學(xué)反應(yīng)原理”影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素一節(jié)教學(xué)中，一共設(shè)計(jì)了3個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別探究濃度、溫度、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。相比教材中的實(shí)驗(yàn)探究，該實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）筆者在上課之初創(chuàng)設(shè)了榨蘋果汁的真實(shí)情境?？梢哉f(shuō)，這是一個(gè)基于真實(shí)情境開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)探究，更能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，也能讓學(xué)生充分體會(huì)到化學(xué)是一門源于生活而又服務(wù)于生活的學(xué)科，即學(xué)習(xí)化學(xué)對(duì)于生產(chǎn)和生活是非常有用的。經(jīng)過(guò)教師的精心設(shè)計(jì)，學(xué)生就可以在輕松愉快的氣氛中不知不覺(jué)地完成知識(shí)的學(xué)習(xí)。（2）這是一個(gè)多項(xiàng)思維的實(shí)驗(yàn)情境，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。雖然整個(gè)過(guò)程只涉及一個(gè)情境，就是蘋果汁的變色，但卻涉及影響化學(xué)反應(yīng)速率的多個(gè)方面。經(jīng)簡(jiǎn)單分析，可以發(fā)現(xiàn)單一變量的變化對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響；經(jīng)深入分析，還可以探究在有多個(gè)變量影響化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，如何抓住主要影響因素。（3）該實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單可行，現(xiàn)象快速明顯。實(shí)驗(yàn)所需的儀器非常常見(jiàn)，學(xué)生在家中就可以自己開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，所需時(shí)間很短，所有實(shí)驗(yàn)只需5~6min。無(wú)論是學(xué)生在家中開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)，還是教師在課堂上將其作為演示實(shí)驗(yàn)，都是可行的。（4）該探究實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生多方面的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。在觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過(guò)程中，可培養(yǎng)學(xué)生從宏觀辨識(shí)（蘋果汁的變色）到微觀探析（多酚被氧化為醌）的核心素養(yǎng)。通過(guò)分析、推理等方法，學(xué)生會(huì)認(rèn)識(shí)到影響化學(xué)反應(yīng)速率的內(nèi)因和外因（濃度、溫度、催化劑、接觸面積），并建立起模型，從而培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。筆者通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)蘋果汁的方法和我們總結(jié)出的方法完全一樣。同時(shí)，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)充分認(rèn)識(shí)到化學(xué)在解決實(shí)際問(wèn)題中的重要作用，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

作者：于濤 單位：桐鄉(xiāng)市鳳鳴高級(jí)中學(xué)