在ｐＨ试纸上做系列微型化学实验

 

　　
　　由于滤纸本身的毛细特质、颜色纯白等特点，在滤纸上进行化学实验已经成为微型化学实验研究的热点之一[1][2]，pH试纸质地与滤纸相似，在一些趣味实验和微型实验中完全可以替代滤纸，而且能及时呈现出反应进程中体系酸碱性的变化，经过设计与实验验证，设计出四则pH试纸上的微型实验。
　　
　　1 pH试纸上的微型电解
　　
　　电解质溶液电解过程中往往伴随着两极酸碱性的变化。我们取一条广泛pH试纸，浸润了饱和Na₂SO₄溶液后放置于玻璃片上，取两只回形针夹住试纸两端，另取导线、鳄鱼夹、9V电池连接好电路，当两根鳄鱼夹夹住回形针后，试纸上立刻出现以下现象：阳极回形针处很快出现大片红棕色，阴极附近迅速呈现大片蓝紫色，对照比色卡发现其pH约为13。这是因为阴极发生如下电极反应：2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-。(编者注:建议适当降低电压)
　　电解硫酸钠溶液相当于电解水，本应该在阳极得到氧气，电极附近溶液显酸性，但在本实验中得到是红棕色物质。由于电极采用铁制回形针，推测可能是回形针被氧化得到的氧化铁。随后将红棕色物质从试纸上刮下少许置于试管中，加稀盐酸完全溶解后，发现溶液呈棕黄色，滴加一滴KSCN溶液振荡，溶液出现血红色，从而证明了我们的推测。
　　如果采用铅笔芯作为电极，对pH试纸上的硫酸钠溶液电解，可见阳极与试纸接触处呈现红色圆点，阴极与试纸接触处呈现蓝色圆点，更好地说明了电解水的本质[3]。
　　
　　2 pH试纸上的“纸色谱法”
　　
　　纸色谱法又叫纸层析法，一般以滤纸为承载物。在滤纸的毛细作用下，可将移动速度不同的组分分离，最早应用于分离植物色素时会形成不同颜色的谱带，后来广泛用于物质的分离。如今纸色谱法已经进入高中化学新课程“实验化学”选修模块，教材中介绍利用粉笔也可以完成层析分离。我们在实验中发现用pH试纸可以方便地设计一个类似“纸色谱法”的趣味微型实验。
　　取一张广泛pH试纸，在离试纸末端约2mm处用铅笔画一条细线平行于短边。用多用滴管在细线处滴加一滴10%的NaOH溶液，液滴立刻蔓延开来，显示蓝紫色pH约为13。将pH试纸显示蓝紫色的一端浸在蒸馏水中，水平面与细线处大致相平，随着水在试纸上由底端向另一端展开，试纸上的颜色也逐渐展开，由下而上色带为淡黄色、蓝紫色、深绿色、青绿色。将试纸从水中取出，保持原来方向垂直放置片刻，待水相停止流动，颜色分布稳定下来时，pH试纸由下而上的色素带分别为淡黄色、土黄色、青绿色、蓝紫色、墨蓝色，颜色所表示的pH与碱的浓度有关，距离浸入端越近的区域蒸馏水展开也多，NaOH的浓度越低；但距离太远的地方，移动抵达的NaOH溶液也少。
　　如果用稀硫酸替代NaOH溶液重复该实验则无此效果。
　　
　　3 用pH试纸验证盐类溶液酸碱性
　　
　　盐类水解是《化学反应原理》选修模块中重要章节内容，传统的实验需要配制大量不同类型的盐溶液来进行实验探究，但其实真正用上的不过一两滴。我们在玻璃板上放置五张pH试纸，每张纵向间隔2cm左右。在每张试纸的一端分别放置一小粒不同盐类的固体，用多用滴管在盐粒上滴加2滴蒸馏水，即可见试纸上颜色变化。
　　

　　要注意的是，为了准确表现盐类水解产生的酸碱性变化，该实验所配制的盐溶液最好是无色透明的。
　　
　　4 用pH试纸演示盐类水解平衡移动
　　
　　盐类水解是吸热反应，温度升高可使水解程度变大。pH试纸不仅可以表现盐溶液静态的酸碱性，还可以通过温度的改变，表现水解平衡的移动。分别配制饱和碳酸钠溶液与硫酸铝溶液，用玻璃棒蘸取少许盐溶液于两张广泛pH试纸上，显示颜色分别表现为10左右和4。将浸润盐溶液的试纸置于酒精灯火焰上方4cm处加热（距离不宜过近，否则容易烧着），随着温度升高，碳酸钠溶液浸润的试纸显示pH变大，而硫酸铝溶液浸润的试纸表现酸性增强。另取8.2-10.0范围内的精密pH试纸浸润碳酸钠溶液后在火焰上方加热，发现蓝紫色表现出的pH由原先的10.0的加深至10.0以上；而0.5-5.0范围内的精密pH试纸浸润硫酸铝溶液加热，颜色由4变到3.5再变到3，而将试纸一移开火焰上方，pH变大。
　　采用pH试纸进行微型实验，不仅节省药品，绿色环保，而且操作方便，现象明显，便于由学生亲手完成该实验，有利于他们对实验中的现象进行思考与探究。