酚酞試液在氫氧化鈉溶液中顯色又褪色的真相探究
作者：麻黎珍 徐佳怡
學校：永嘉縣黃田中學
指導師：吳源涵、滕麗娜
摘要：傳統經驗認為酚酞試液在鹼性溶液中顯紅色，溶液的pH值為8.2到10。而實際中無色酚酞試液滴入氫氧化鈉溶液中，溶液變紅，然後快速褪為無色。這到底是為什麼呢?我們通過查找文獻和實驗探究得知，酚酞試液在氫氧化鈉溶液中變紅又褪色，是因為氫氧化鈉溶液的濃度過高或pH值大造成的，且濃度或pH值越高褪色越快；另外我們的實驗證明酚酞的顯色範圍是10-12之間。
關鍵詞：酚酞 氫氧化鈉 褪色 pH值
一、 問題的提出
在學習氫氧化鈉的性質時，我們發現老師將無色酚酞試液滴入氫氧化鈉溶液中，溶液變紅，然後快速褪為無色。而將無色酚酞試液滴入碳酸鈉中，碳酸鈉變紅，但經過好長時間都未褪色。這到底是為什麼呢？於是我們展開了關於這一原因的探究。
二、研究目的
（一）無色酚酞試液在氫氧化鈉溶液中顯色又褪色的原因。
（二）無酚酞試液在氫氧化鈉溶液中顯色範圍的驗證。
三、實驗內容
（一）比較酚酞在飽和氫氧化鈉溶液、飽和碳酸鈉溶液、飽和氫氧化鉀溶液中的顯色情況。
（二）配製不同濃度的氫氧化鈉溶液，測出其的pH值。
（三）在不同濃度的氫氧化鈉溶液中滴加酚酞試液，驗證酚酞顯色pH範圍。
三、問題探索分析的過程
（一）提出猜想
1、氫氧化鈉溶液中酚酞顯色又褪色，而碳酸鈉溶液酚酞顯紅色後不褪色可能與溶質有關。
2、氫氧化鈉溶液中酚酞顯色又褪色僅與pH值有關。
（二）褪色原因
我們查找資料得知: 酚酞是一種弱有機酸，在pH<8.2的溶液裡為無色的內酯式結構當pH>8.2時為紅色的醌式結構。
酚酞的變色範圍是8.2～10.0，所以酚酞只能檢驗鹼而不能檢驗酸。
酚酞的醌式或醌式酸鹽，在鹼性介質中很不穩定，它會慢慢地轉化成無色羧酸鹽式；遇到較濃的鹼液，會立即轉變成無色的羧酸鹽式。[1]所以，酚酞試劑滴入濃鹼液時，酚酞開始變紅，很快紅色退去變成無色。
真的是這樣嗎？與溶質的種類沒關係嗎？我們進行了如下的實驗。
（三）進行實驗
2、實驗二
為了驗證酚酞顯色的PH值範圍為10到8.2的結論，我們試圖配製pH值為8.2到10的氫氧化鈉溶液。我們用嘗試法配製，經過一個多星期的時間，我們僅僅只配製出了pH值為9.18和pH值為8.21的氫氧化鈉溶液。
於是我們改進了之前的方案。先進行配製pH值為14的氫氧化鈉溶液，然後在將其進行稀釋，使溶液pH值減小。結果實驗發現以我們現有的知識水平配製pH等於14是很難做到的，於是我們配製了飽和的氫氧化鈉溶液，
我們發現pH值並未達到14，然後我們觀察了氫氧化鈉溶質的標籤，發現其中氫氧化鈉的含量只有96%，並且天平的稱量也存在一定的誤差，這些都是我們不可控制的。通過重新計算，要達到pH值為14，至少要在100毫升的水中加入4.167克氫氧化鈉，考慮到氫氧化鈉會變質，我們在100毫升水中加入了4.2克氫氧化鈉溶質，但pH值仍未達到14，pH值只有12.71。(如圖四)
（3）稀釋溶液尋找酚酞變色範圍
既然如此，我們就先試著稀釋溶液濃度，在PH值12.27的基礎上，稀釋10倍，再在稀釋的溶液的基礎上再次稀釋，依次逐漸稀釋，測PH值，驗證一下酚酞試液的顯色範圍。
實驗步驟：
①取PH值為12.71的氫氧化鈉溶液1毫升，加到9毫升的水中，充分混合，測新配置溶液PH值。繼續按此方法稀釋溶液，直至PH接近8。
②取各溶液1毫升，滴加1滴酚酞試液，觀察是否變色。
測量結果和現象：
溶液
原溶液
第1次稀釋
第2次稀釋
第3次稀釋
第4次稀釋
第5次稀釋
第6次稀釋
第7次稀釋
pH值
12.71
11.96
11.50
10.61
9.77
9.14
10.18
8.03
顯色情況
顯色後褪色
顯紅色
顯紅色
顯淺紅色
不顯色
不顯色
加了六滴才顯淺紅色
不顯色
說明：第6次稀釋溶液pH值10.18是在pH值10.61的基礎上滴加水稀釋而成的，第7次稀釋溶液pH值8.03是在pH值9.14的基礎上滴加水稀釋而成的。
實驗顯示：pH值在10.61顯淺紅色，10.18滴一滴酚酞試液不顯色，滴了6滴振蕩才顯淺紅色，9.77不顯色後，pH值在小於9.77不管加多少酚酞試液都不顯色。
由此我們認為酚酞試液的顯色pH範圍應定為10-12之間。
4.實驗四
為了探究酚酞試液在不同pH值的氫氧化鈉溶液中的顯色又褪色情況，我們繼續採用了配製飽和的氫氧化鈉溶液進行稀釋，在之前的基礎上繼續依次滴加。
（1） 實驗步驟：
①在20支裝有100毫升的水的試管中依次滴加12到31滴飽和氫氧化鈉溶液，測試其pH值。
②取20支小試管各加不同濃度溶液2毫升。
③請20位同學每人負責一支試管，同時在試管滴加酚酞試液，另有一位同學負責計時。
說明：「28滴」的同學沒有按規定滴一滴酚酞試液，而是滴了很多的酚酞試液。由於不同的同學滴加的酚酞試液液滴的大小可能不同，測試結果會存在誤差。
(3)實驗結論：
1.無色酚酞試液在pH值小於12.72的氫氧化鈉溶液中顯色後未快速褪色，在PH值大於12.78的氫氧化鈉溶液中顯色後能較快褪色（小於10分鐘）。
2.總體上看當氫氧化鈉溶液的pH值越大，氫氧化鈉溶液褪色越快。
五、問題的解決
通過探究得知，酚酞試液在氫氧化鈉溶液中變紅又褪色，是因為氫氧化鈉溶液的濃度過高，pH值大引起的，濃度或PH值越高褪色越快；酚酞試液在鹼性溶液中只能在一定的pH範圍內顯紅色，傳統上認為是8.2到10，我們的實驗證明約是10-12之間。
六、建議和啟示
教師在課堂中做示範實驗時，使用的氫氧化鈉溶液的濃度不應過高，否則會使氫氧化鈉溶液的pH值過高，導致無色酚酞試液顯色又快速褪色。建議在100毫升的水中滴加5-10滴氫氧化鈉飽和溶液就足夠了。
這次的科學探究實驗活動使我們學到了很多，收穫頗豐。我們要善於在細微之處發現問題的奧秘，勇於去探究，這個道理同樣適用生活中。同時，我們要感謝我們的兩位指導老師，最後感謝支持我們的人們！
參考文獻：
[1]段昌平. 酚酞指示劑為何顯色又褪色[J]. 武漢市教育科學研究院學報, 1999(10):60-61.