化學反應速率影響因素實驗設計

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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。因為不同溫度和濃度的蘋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探究化學反應速率的影響因素。

關鍵詞：蘋果汁；變色；化學反應速率；影響因素

1問題的提出

一次去酒店吃飯，筆者點了一扎蘋果汁，但服務員端上來的蘋果汁口感很差，不酸不甜，且是咸的。后來，筆者找來服務員問其中的原因，她說是加了鹽，目的是防止蘋果汁變色。作為一名化學教師，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“利用黑枸杞的化學平衡移動創新實驗設計及教學”。文章利用了“黑枸杞泡水會出現顏色是因為其中的花青素溶解了”這一知識點。花青素是一種酸堿指示劑，該文作者就以黑枸杞水的顏色變化為基礎，設計了7個實驗來和學生共同學習化學平衡移動的問題［1］。這兩件事情給筆者一個啟示：是不是可以利用蘋果汁的變色速率來研究化學反應速率的影響因素呢？筆者通過查閱資料了解到，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。多酚的結構雖然復雜，但教師若能用簡單的文字來代替，學生還是很容易理解的。

2實驗設計

2.1反應原理

多酚+氧氣¾®¾¾¾多酚氧化酶醌。

2.2實驗用品

新鮮蘋果、維生素C、食鹽、飲用水、榨汁機、杯子、量杯。

2.3實驗步驟

（1）連接好榨汁機，把蘋果洗干凈。（2）取7只杯子，編號①②③④⑤⑥。（3）向①②③號杯子中各加100mL礦泉水，向④號杯子中加入100mL40℃左右的熱水，向⑤號杯子中加入100mL60℃左右的熱水。（4）榨汁。按杯號順序榨汁，標準是向6只水杯中各流入約40mL的蘋果汁。在流入蘋果汁的同時，請一名學生分別向①號杯子中快速加入半片維C、②號杯子中加入少量食鹽。（5）榨汁結束，觀察每只水杯中蘋果汁的顏色。（6）向⑥號杯子中加入100mL礦泉水，再次觀察每只水杯中蘋果汁的顏色。

2.4實驗記錄

2.5實驗結論

（1）號杯中的蘋果汁能保持長時間不變色的原因是，維C與氧氣反應速率更快，能快速消耗氧氣，從而保護了蘋果汁中的多酚不被氧化。通過①③組實驗對比可以發現，反應物本身的性質對反應速率有影響。進而言之，不同化學反應速率的快慢主要受反應物本身性質的影響，即內因是根本。（2）②號杯中的蘋果汁能保持長時間不變色的原因是，因為多酚氧化酶是一種蛋白質，加入食鹽使之鹽析，會降低其催化效果，所以降低了反應速率。通過②③組實驗對比可以發現，對于同一化學反應，加入催化劑可以加快其反應速率。（3）通過對比③④⑤組實驗可以發現，對于同一反應，溫度升高會加快其反應速率。（4）通過對比③⑥組實驗可以發現，對于同一反應，增大濃度會加快其反應速率。（5）每只水杯中都會出現表面的變色速率明顯快于內部的現象，由此可以發現，增大反應物的接觸面積可以加快其反應速率。

2.6注意事項

（1）蘋果原汁榨出后，應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。因為原汁變色的速率很快，幾乎剛流出就被氧化至很深顏色，所以根本無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，看不出溫度對變色速率的影響；濃度太低，顏色較淡，變色速率較慢，短時間內難以觀察到變化，且蘋果汁的口感會較差。（3）關于溫度的影響，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，溫度上升會比較慢，現象也不明顯。

3改進優點

在蘇教版選修4“化學反應原理”影響化學反應速率的因素一節教學中，一共設計了3個實驗，分別探究濃度、溫度、催化劑對化學反應速率的影響。相比教材中的實驗探究，該實驗的優點主要體現在以下幾個方面。（1）筆者在上課之初創設了榨蘋果汁的真實情境。可以說，這是一個基于真實情境開展的實驗探究，更能引起學生的學習興趣和熱情，也能讓學生充分體會到化學是一門源于生活而又服務于生活的學科，即學習化學對于生產和生活是非常有用的。經過教師的精心設計，學生就可以在輕松愉快的氣氛中不知不覺地完成知識的學習。（2）這是一個多項思維的實驗情境，有利于培養學生科學分析實驗結果的能力。雖然整個過程只涉及一個情境，就是蘋果汁的變色，但卻涉及影響化學反應速率的多個方面。經簡單分析，可以發現單一變量的變化對化學反應速率的影響；經深入分析，還可以探究在有多個變量影響化學反應速率時，如何抓住主要影響因素。（3）該實驗操作簡單可行，現象快速明顯。實驗所需的儀器非常常見，學生在家中就可以自己開展實驗探究，所需時間很短，所有實驗只需5~6min。無論是學生在家中開展探究性學習，還是教師在課堂上將其作為演示實驗，都是可行的。（4）該探究實驗可以培養學生多方面的化學學科素養。在觀察分析實驗現象的過程中，可培養學生從宏觀辨識（蘋果汁的變色）到微觀探析（多酚被氧化為醌）的核心素養。通過分析、推理等方法，學生會認識到影響化學反應速率的內因和外因（濃度、溫度、催化劑、接觸面積），并建立起模型，從而培養學生證據推理與模型認知的核心素養。筆者通過查閱資料發現，工業生產蘋果汁的方法和我們總結出的方法完全一樣。同時，學生通過實驗充分認識到化學在解決實際問題中的重要作用，培養了學生的科學態度與社會責任意識。

作者：于濤 單位：桐鄉市鳳鳴高級中學