“变色龙卷风”

▶5　“变色龙卷风”——全国趣味化学实验设计大赛获奖作品介绍

姚晓红　陆贵顺　王文先

一、实验名称

“变色龙卷风”

二、实验原料

1.化学试剂实验类

（1）变色龙卷风　葡萄糖、葡萄糖、NaOH固体、亚甲蓝指示剂（0.2%）、碱性藏花红指示剂（0.5%）、靛红指示剂（1%）。

（2）有色龙卷风　硫酸铜溶液、氯化铁溶液、品红溶液、高锰酸钾溶液等有色溶液。

（3）荧光龙卷风　C₈H₇N₃O₂粉末、10% NaOH溶液、铁氰化钾［K₃ Fe（CN）₆］粉末、30%双氧水（H₂O₂）、蒸馏水。

2.家庭实验类

（1）变色龙卷风　咖喱粉、白醋、石碱、花瓣（三色堇、牵牛花、杜鹃花等）。

（2）有色龙卷风　咖喱粉、白醋、石碱、花瓣（三色堇、牵牛花、杜鹃花等）、碘酊、淀粉等。

三、实验仪器、设备、容器等用具1.实验仪器

不同规格的塑料瓶，锥形瓶，玻璃瓶，胶塞，瓶塞等。

2.实验原理

把两只塑料瓶（玻璃瓶或锥形瓶）上下口对口连接上，中间留个孔，让两只瓶能上下连通。在一只瓶中加入溶液（用量不要超过瓶子容积的2/3），再使两只瓶子口对口连接上。把两只瓶子直立起来，上边是装溶液的瓶子。摇动瓶子，让上边的瓶子中的溶液旋转起来，停止摇动后直立瓶子（上边的瓶子有溶液，下边是空瓶子）。旋转龙卷风的形成是上边瓶子里溶液密度大，向下流动，使下边瓶子中的空气被压到上边的瓶子中。由于溶液的旋转，使气体旋转上升，形状酷似龙卷风，故起名龙卷风。

当加入不同的溶液时，由于颜色不同或化学反应而产生的现象不同，使龙卷风的实验效果各不相同。如有变色龙卷风、有色龙卷风和荧光龙卷风等。

（1）变色　实验以蓝瓶子、红瓶子和三色变的实验原理。实验使用的亚甲蓝、碱性藏红花、靛红等指示剂都是氧化还原指示剂，如亚甲蓝会被氧气氧化而呈蓝色（平时亚甲蓝呈蓝色），呈蓝色的亚甲蓝能被碱性葡萄糖溶液还原，还原后呈无色，即还原态呈无色透明状。碱性藏红花的氧化态呈红色，被葡萄糖还原后的还原态也呈无色透明状。而靛红指示剂在碱性中的氧化态呈绿色，被葡萄糖还原后还原态呈淡黄色，而橙色则是其中间色。本实验的变色反应均属于氧化还原反应，其中氧化剂都是空气中的氧气，还原剂是葡萄糖，加碱是为了提高葡萄糖的还原能力。

其他变色反应也可在本实验中应用。

（2）有色　某些溶液中的离子因电离出有色离子而使溶液显色，常见的有色离子是Cu²⁺、Fe³⁺、MnO^-、F（eSCN）^-。也有因溶解某些物质，如单质溴、单质碘等而显色；也

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2有些溶液可以是酸碱指示剂变色等形成的有色溶液。

（3）荧光　某些荧光物质（如Luminol，C₈H₇N₃O₂）可将化学反应中产生的能量转化成使分子内的电子由基态跃升到激发态，而非全以热能的形式释放，处于激发态的分子并不稳定，会透过不同的途径将能量以光或热的形式释放出来；若光的波长恰在可见范围（400～780 nm；1 nm= 10^-9 m），则可被我们看见。其中占多数的是荧光。

（4）龙卷风　旋转龙卷风的形成是上边瓶子中溶液密度大，向下流动，使下边瓶子中的空气被压到上边的瓶子中。由于溶液的旋转，使气体旋转上升，形状酷似龙卷风，故起名龙卷风。

3.详细操作步骤

准备好上面设计实验仪器的基础上，进行下面的具体操作：

（1）化学试剂实验类：

①变色龙卷风

a.上边准备好的一只瓶子里加入500 mL水，加10 g葡萄糖、10 g NaOH固体（NaOH用量2 g/100mL水）、几滴亚甲蓝指示剂（0.2%）。使两只瓶子口对口连接。把两只瓶子直立起来，上边是装溶液的瓶子。摇动瓶子，让上边瓶子中的溶液旋转起来，停止摇动后直立瓶子（上边的瓶子有溶液，下边是空瓶子）。看到有气体旋转上升，形如龙卷风，并伴有蓝色和无色的颜色变化。当溶液到下边瓶子中后，再反转直立瓶子，旋转有溶液一边的瓶子，并重复上边操作，可以反复实验，反复观察变色龙卷风。直到瓶中的氧气或溶液中的葡萄糖耗尽。

b.将上述实验中的指示剂改为0.5%碱性藏花红指示剂，用量为5滴，NaOH用量20 g（4 g/100mL水）；葡萄糖的用量10 g（2 g/100mL水）。看到的龙卷风，伴有红色和无色的颜色变化。当溶液到下边瓶子中后，再反转直立瓶子，旋转有溶液一边的瓶子，并重复上边操作，可以反复实验，反复观察变色龙卷风。直到瓶中的氧气或溶液中的葡萄糖耗尽。

c.将上述实验中的指示剂改为1%靛红指示剂，用量为5 mL；NaOH用量5 g（1 g/ 100mL水）；葡萄糖的用量10 g（2 g/100 mL水）。看到的龙卷风，伴有绿色、橙色和黄色的颜色的变化。当溶液到下边瓶子中后，再反转直立瓶子，旋转有溶液一边的瓶子，并重复上边操作，可以反复实验，反复观察变色龙卷风。直到瓶中的氧气或溶液中的葡萄糖耗尽。

d.在上述碱性藏花红指示剂的红色和无色变化的溶液中滴加几滴亚甲蓝指示剂。看到的龙卷风，并伴有蓝色、紫色、红色和无色的颜色变化。当溶液到下边瓶子中后，再反转直立瓶子，旋转有溶液一边的瓶子，并重复上边操作，可以反复实验，反复观察变色龙卷风。直到瓶中的氧气或溶液中的葡萄糖耗尽。

②荧光龙卷风

a.将0. 1 g Luminol（C₈H₇N₃O₂）粉末溶于5 mL10% NaOH水溶液中，再加入395mL蒸馏水。取100mL的溶液置于锥形瓶中。

b.将1.5 g铁氰化钾［K₃Fe（CN）₆］粉末溶于400 mL蒸馏水，再加入3 mL 30%的双氧水（H₂O₂）。取50mL该溶液于另一锥形瓶中。

c.将塞子塞好，并振荡，观察溶液的颜色变化。反复多次。

d.待光度降低后，加入约20mL 10% NaOH溶液，观察溶液的变化。

③有色龙卷风

可以加入硫酸铜溶液、氯化铁溶液、品红溶液、高锰酸钾溶液、甲基橙溶液等有色溶液，进行蓝色、棕黄色、红色、紫色等有色龙卷风的实验。

（2）家庭实验类：

①变色龙卷风

a.取少许咖喱粉加入一只瓶中并加水溶解，体积为瓶容积的2/3左右，溶液呈黄色，连接装置时放在上边。再把少许碳酸钠加入另一只瓶中，用少量水溶解成溶液，连接装置时放在下边。倾斜组合装置后，快速旋转瓶子，使溶液快速旋转起来，马上停止旋转瓶子，把装置直立起来（有咖喱粉的瓶子在上边），看到龙卷风的下边变成碱性颜色。

b.取鲜花的花瓣如三色堇、牵牛花、杜鹃花等任何一种，洗净榨成汁，取清液少许加入一只瓶中，再取碳酸钠少许，加入同一瓶中，加水到瓶的2/3左右的容积，这时溶液呈现碱性颜色，连接装置时放在上边。再取5mL白醋加入另一只瓶子中，连接装置时放在下边。倾斜组合装置后快速旋转瓶子，使溶液快速旋转起来，马上停止旋转瓶子，把装置直立起来，看到上边碱性颜色的龙卷风，到下边就变成酸性颜色。还可以先加白醋显示酸性颜色，看到酸性颜色的龙卷风，再取碳酸钠少许加入下边的瓶子加少量水溶解，实验时可以看到下边溶液变成碱性颜色。

②有色龙卷风

a.取少许咖喱粉加入一只瓶中加水溶解，体积为瓶子容积的2/3左右，溶液呈黄色，连接装置时放在上边。组合装置后，快速旋转瓶子，使溶液快速旋转起来，马上停止旋转瓶子，把装置直立起来（有咖喱粉的瓶子在上边），看到黄色的龙卷风形成。还可以在咖喱粉中加碳酸钠可产生橙色的龙卷风。

b.取鲜花的花瓣如三色堇、牵牛花、杜鹃花等任何一种，洗净榨成汁，取清液少许加入一只瓶中，再取碳酸钠少许，加入同一瓶中，加水到瓶的2/3左右的容积，连接装置时放在上边。组合装置后快速旋转瓶子，使溶液快速旋转起来，马上停止旋转瓶子，把装置直立起来，看到上边碱性颜色的龙卷风，到下边就变成酸性颜色。还可以先加白醋显示酸性颜色，看到酸性颜色的龙卷风，再取碳酸钠少许加入下边的瓶子中加少量水溶解，实验时可以看到下边溶液变成碱性颜色。

c.取少量碘酊和淀粉分别加入同一只瓶中，加水到瓶的2/3左右的容积，连接装置时放在上边。组合装置后快速旋转瓶子，使溶液快速旋转起来，马上停止旋转瓶子，把装置直立起来，看到上边有蓝色龙卷风产生。

4.实验现象描述（鼓励以图、表、照片等直观形式描述）

把两只塑料瓶（玻璃瓶或锥形瓶）上下口对口连接，中间留个孔，让两个瓶能上下连通。在一只瓶中加入溶液（用量不要超过瓶子的2/3），再使两只瓶子口对口连接。把两只瓶子直立起来，上边是装溶液的瓶子。摇动瓶子，让上边的瓶子中的溶液旋转起来，停止摇动后直立瓶子（上边的瓶子有溶液，下边是空瓶子）。旋转龙卷风的形成是上边瓶子中溶液密度大，向下流动，使下边瓶子中的空气被压到上边的瓶子中。由于溶液的旋转，使气体旋转上升，形状酷似龙卷风，故起名龙卷风。

当加入不同的溶液时，由于颜色不同或化学反应而产生的现象不同，使龙卷风的实验效果各不相同。如有变色龙卷风、有色龙卷风和荧光龙卷风等。

变色龙卷风：当龙卷风形成时上边的颜色和下边的颜色发生变化，为变色龙卷风。

有色龙卷风：瓶子中的溶液本身就有颜色，形成的龙卷风为有色龙卷风。

荧光龙卷风：瓶子中的溶液是荧光材料，形成龙卷风时会发出荧光，为荧光龙卷风。

不同的溶液对应的实验现象

（续表）

（续表）

5.实验结果描述

有多个装置同时进行时会看到变色龙卷风；有色龙卷风和荧光龙卷风等变化出现，颜色和动态的美感十分动人。

6.注意事项及其他

（1）用石碱和白醋混合的反应要控制用量，产生的气体要及时放出防止压强太大；

（2）此实验装置可以做多种变色反应、振荡反应，现象非常美丽。