化学反应速率影响因素实验设计

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摘要：在多酚氧化酶的作用下,苹果汁中的多酚很容易被氧化成醌，从而使苹果汁变色。若向苹果汁中加入维C或少量食盐，就可以减慢其被氧化的速度。因为不同温度和浓度的苹果汁的氧化速度各不相同，所以可借助不同条件下苹果汁变色的速度来探究化学反应速率的影响因素。

关键词：苹果汁；变色；化学反应速率；影响因素

1问题的提出

一次去酒店吃饭，笔者点了一扎苹果汁，但服务员端上来的苹果汁口感很差，不酸不甜，且是咸的。后来，笔者找来服务员问其中的原因，她说是加了盐，目的是防止苹果汁变色。作为一名化学教师，笔者告诉她，加盐固然可以使苹果汁不变色，但控制不好会使口感变差。较好的选择是，可向苹果汁中加一片维C或加些柠檬汁，既可防止其变色，又能保证其口感。不久，笔者看到一篇文章，题目叫“利用黑枸杞的化学平衡移动创新实验设计及教学”。文章利用了“黑枸杞泡水会出现颜色是因为其中的花青素溶解了”这一知识点。花青素是一种酸碱指示剂，该文作者就以黑枸杞水的颜色变化为基础，设计了7个实验来和学生共同学习化学平衡移动的问题［1］。这两件事情给笔者一个启示：是不是可以利用苹果汁的变色速率来研究化学反应速率的影响因素呢？笔者通过查阅资料了解到，苹果汁的变色是其中的多酚在多酚氧化酶的催化下被氧气所氧化造成的。多酚的结构虽然复杂，但教师若能用简单的文字来代替，学生还是很容易理解的。

2实验设计

2.1反应原理

多酚+氧气¾®¾¾¾多酚氧化酶醌。

2.2实验用品

新鲜苹果、维生素C、食盐、饮用水、榨汁机、杯子、量杯。

2.3实验步骤

（1）连接好榨汁机，把苹果洗干净。（2）取7只杯子，编号①②③④⑤⑥。（3）向①②③号杯子中各加100mL矿泉水，向④号杯子中加入100mL40℃左右的热水，向⑤号杯子中加入100mL60℃左右的热水。（4）榨汁。按杯号顺序榨汁，标准是向6只水杯中各流入约40mL的苹果汁。在流入苹果汁的同时，请一名学生分别向①号杯子中快速加入半片维C、②号杯子中加入少量食盐。（5）榨汁结束，观察每只水杯中苹果汁的颜色。（6）向⑥号杯子中加入100mL矿泉水，再次观察每只水杯中苹果汁的颜色。

2.4实验记录

2.5实验结论

（1）号杯中的苹果汁能保持长时间不变色的原因是，维C与氧气反应速率更快，能快速消耗氧气，从而保护了苹果汁中的多酚不被氧化。通过①③组实验对比可以发现，反应物本身的性质对反应速率有影响。进而言之，不同化学反应速率的快慢主要受反应物本身性质的影响，即内因是根本。（2）②号杯中的苹果汁能保持长时间不变色的原因是，因为多酚氧化酶是一种蛋白质，加入食盐使之盐析，会降低其催化效果，所以降低了反应速率。通过②③组实验对比可以发现，对于同一化学反应，加入催化剂可以加快其反应速率。（3）通过对比③④⑤组实验可以发现，对于同一反应，温度升高会加快其反应速率。（4）通过对比③⑥组实验可以发现，对于同一反应，增大浓度会加快其反应速率。（5）每只水杯中都会出现表面的变色速率明显快于内部的现象，由此可以发现，增大反应物的接触面积可以加快其反应速率。

2.6注意事项

（1）苹果原汁榨出后，应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。因为原汁变色的速率很快，几乎刚流出就被氧化至很深颜色，所以根本无法观察到颜色的变化。（2）苹果汁与水的体积比控制在1∶2到1∶3较为合适。反之，浓度太大，变色速率太快，看不出温度对变色速率的影响；浓度太低，颜色较淡，变色速率较慢，短时间内难以观察到变化，且苹果汁的口感会较差。（3）关于温度的影响，笔者建议把苹果汁直接加到热水中效果更好；而利用水浴加热，温度上升会比较慢，现象也不明显。

3改进优点

在苏教版选修4“化学反应原理”影响化学反应速率的因素一节教学中，一共设计了3个实验，分别探究浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响。相比教材中的实验探究，该实验的优点主要体现在以下几个方面。（1）笔者在上课之初创设了榨苹果汁的真实情境。可以说，这是一个基于真实情境开展的实验探究，更能引起学生的学习兴趣和热情，也能让学生充分体会到化学是一门源于生活而又服务于生活的学科，即学习化学对于生产和生活是非常有用的。经过教师的精心设计，学生就可以在轻松愉快的气氛中不知不觉地完成知识的学习。（2）这是一个多项思维的实验情境，有利于培养学生科学分析实验结果的能力。虽然整个过程只涉及一个情境，就是苹果汁的变色，但却涉及影响化学反应速率的多个方面。经简单分析，可以发现单一变量的变化对化学反应速率的影响；经深入分析，还可以探究在有多个变量影响化学反应速率时，如何抓住主要影响因素。（3）该实验操作简单可行，现象快速明显。实验所需的仪器非常常见，学生在家中就可以自己开展实验探究，所需时间很短，所有实验只需5~6min。无论是学生在家中开展探究性学习，还是教师在课堂上将其作为演示实验，都是可行的。（4）该探究实验可以培养学生多方面的化学学科素养。在观察分析实验现象的过程中，可培养学生从宏观辨识（苹果汁的变色）到微观探析（多酚被氧化为醌）的核心素养。通过分析、推理等方法，学生会认识到影响化学反应速率的内因和外因（浓度、温度、催化剂、接触面积），并建立起模型，从而培养学生证据推理与模型认知的核心素养。笔者通过查阅资料发现，工业生产苹果汁的方法和我们总结出的方法完全一样。同时，学生通过实验充分认识到化学在解决实际问题中的重要作用，培养了学生的科学态度与社会责任意识。

作者：于涛 单位：桐乡市凤鸣高级中学