二氧化硫对不同花朵颜色影响的实验探究摘要二氧化硫作为主要的大气污染物之一,其对植物的伤害越来越受到人们的关注。

那么,对于自然界中五颜六色的花朵,二氧化硫对其颜色又有什么样的影响呢?本实验探究试图说明这一问题。

通过合理的实验设计和直观的实验现象,对学生进行环保教育,以实现新课标对学生的环保意识以及科学素养进行培养的要求。

关键词二氧化硫花朵颜色实验探究环保意识环境教育实验评价1 问题的提出20世纪环境警示录记载:1930年12月1~15日的比利时马斯河谷事件,1948年10月26~31日的美国多诺拉烟雾事件,1952年12月5~8日的英国伦敦烟雾事件以及从1959年开始的由于石油冶炼产生的废弃物导致的日本四日市哮喘病事件,都是因为有害气体的长期排放导致的环境污染,而二氧化硫气体就是其中的主要元凶之一[1]。

二氧化硫作为一种主要的大气污染物,在工业生产上规定空气中允许排放量不得超过0.02 mg/m3,否则就会造成环境污染,危害人类健康[2]。

二氧化硫不仅会以“酸雨”的形式对建筑物、森林、植被等产生损害,危害自然生态系统,还会直接破坏植物的叶肉组织,使叶片失绿,严重危害植物绿叶的生长发育,浓度高时甚至会使植物枯死[3]。

那么,二氧化硫对绿叶有如此严重的影响,它对五颜六色的花朵又有什么样的影响呢?为了使学生对二氧化硫给美丽的花朵带来的危害有一个直观而深刻的认识,使其认识到环境保护的重要性,从而对学生进行环保教育,使之树立环保意识,我们通过合理的实验设计与实验验证,探究了大气中二氧化硫对花朵颜色的影响。

2 提出假设自然界中花朵的品种和颜色多种多样,同一类植物会开出不同颜色的花朵,不同的植物也会开出颜色相同或相近的花朵。

经过分析,提出以下实验假设:相同外界条件下,不同浓度的SO2可能对同一朵花的伤害程度不同;同一浓度的SO2可能对颜色不同的同一类植物花朵伤害程度不同;同一浓度的SO2可能对相同或相近颜色的不同类植物花朵伤害程度也不同。

3 实验设计3.1 实验原理根据强酸与亚硫酸钠反应可以制得较纯的二氧化硫气体的原理,本实验利用无水亚硫酸钠和过量的稀硫酸(质量分数为50%)反应来制备二氧化硫气体:Na2SO3 + H2SO4(稀)=Na2SO4+H2O+SO2↑二氧化硫具有漂白性,大气中的二氧化硫气体遇到湿润的有色花朵,会使花朵褪色,可以通过观察花朵颜色的变化和受伤害症状来研究其对花朵生长的影响程度。

随着空气中二氧化硫浓度的不同以及花朵在含有二氧化硫的大气中时间的不同,花朵受伤害程度也不一样。

在本实验中,为了实验现象更加明显,我们采集并选用了生活中常见的、易得的、颜色鲜艳的花朵,放在含有一定浓度二氧化硫气体的广口瓶中进行实验探究。

3.2 实验仪器及药品250 mL干燥洁净的广口瓶7个(带橡皮塞),回形针若干,10 mL、100 mL的量筒各1个,电子天平,表面皿,烧杯,玻璃棒,秒表,剪刀。

无水亚硫酸钠,80%的硫酸溶液,各种颜色鲜艳的花朵若干。

3.3 实验装置二氧化硫对不同花朵颜色影响的实验探究装置,如图1所示。

图1 二氧化硫对花朵颜色影响的实验装置3.4 实验探究与验证(1)制备含不同二氧化硫浓度的大气实验采用对比的方法,探究不同花朵在不同二氧化硫浓度的大气中的受伤害情况。

在实验之前,根据反应方程式Na2SO3+H2SO4(稀)Na2SO4+H2O+SO2↑首先计算出所需药品的理论用量(无水亚硫酸钠为理论用量,50%硫酸为过量,约 3 mL)。

另外,在本实验探究过程中,实验室提供的是80%的硫酸,预先稀释并配制50%的稀硫酸溶液(29℃时,80%硫酸的密度约为1.72 g/cm3,50%硫酸的密度约为1.39 g/cm3)。

表1 含不同浓度SO2的广口瓶中所需无水Na2SO3的质量广口瓶的编号123456对照瓶广口瓶中SO2浓度/(g/L)0.10.20.30.40.50.60无水Na2SO3的质量/g0.050.100.160.210.260.310实验开始前,准备7个250 mL的广口瓶,配上合适的橡皮塞(要确保气密性良好)并测量出每个瓶的实际容积(约为265 mL)。

根据广口瓶的实际容积,计算出室温下不同二氧化硫浓度的广口瓶中所需要的无水亚硫酸钠的用量(见表1),按二氧化硫浓度的大小给广口瓶编号,作为实验容器。

(2)系列实验探究首先,分别称量不同质量的无水Na2SO3粉末,放置于已经编号的广口瓶中;然后,将花朵剪成形状大小相同的小花片,润湿,按相同的顺序穿在用回形针弯成的“小勾”上,并固定在橡皮塞上(为了便于观察,每个“小勾”穿5片花片,7个广口瓶中花片的顺序保持一致,如图1所示);再向广口瓶中迅速加入3 mL的稀硫酸溶液,立即塞上带有“小勾”和花片的橡皮塞,轻轻振荡,观察广口瓶中花朵颜色的变化情况,并记录(见表2)。

表2 不同浓度的二氧化硫对不同花朵颜色的影响(室温为29℃)花朵(颜色)广口瓶的编号与SO2 的浓度/(g/L)1234560.10.20.30.40.50.6对照瓶玫瑰花康乃馨非洲菊大红粉红大红粉红大红粉红约2 min颜色开始变浅,约17 min稳定约1 min颜色开始变浅,约14 min稳定约51 s颜色开始变浅,约12 min稳定约42 s颜色开始变浅,约10 min稳定约31 s颜色开始变浅,约8 min稳定加入硫酸振荡后颜色立即变浅,约7 min稳定花片以颜色整体变浅形式呈现被伤害症状,经过桃红,粉红,最后变成非常浅的红色而稳定不变实验结束时整个花片都枯萎约1.5 min开始有白斑,约9 min稳定约40 s开始有白斑,约7 min稳定约35 s开始有白斑,约4.5 min稳定约25 s开始有白斑,约3 min稳定约18 s开始有白斑,约2 min稳定加入硫酸振荡立即开始有白斑,1 min内稳定花片以白斑的形式呈现被伤害症状,边缘处最先出现白斑,而后白斑逐渐增多,最后至整个花片变成白色稳定。

实验结束时整个花片都枯萎花片变色很慢,颜色整体变化,不出现白斑,最终变成白色。

时长约需一个多小时,没有明显的时间区别。

实验结束时整个花片都枯萎约1 min开始有白斑,约47 min稳定约50 s开始有白斑,约21 min稳定约40 s开始有白斑,约12.5 min稳定约30 s开始有白斑,约9 min稳定约25 s开始有白斑,约8 min稳定加入硫酸稍振荡立即开始有白斑,约7 min稳定花片以白斑的形式呈现被伤害症状,白斑不断增多直至花片全部变成白色。

在浓度低时白斑增长的速度稍慢,历时较长。

随着二氧化硫浓度的增大,速度越来越快。

实验结束时整个花片都枯萎约2 min颜色开始变浅,约12 min稳定约50 s颜色开始变浅,约6 min 30 s稳定约40 s颜色开始变浅,约5 min 30 s稳定约37 s颜色开始变浅,约5 min稳定约14 s颜色开始变浅,约4 min 5 s稳定加入硫酸振荡立即变淡,约2 min 50 s稳定片以颜色整体变浅形式呈现被伤害症状,最后变成稳定的橙色。

二氧化硫浓度较低时变色较慢,后逐渐加快。

实验结束时整个花片都枯萎约1 min26 s开始有白斑,约10 min稳定约40 s开始有白斑,约5 min稳定约35 s开始有白斑,约4 min稳定约25 s开始有白斑,约2 min 50 s稳定加入硫酸振荡立即出现白斑,约2 min稳定小于1 min大部分花片有白斑,小于2 min稳定花片以白斑的形式呈现被伤害症状,白斑不断增多直至花片全部变成白色。

即使在二氧化硫浓度很低的1号瓶中,花片的变色都很快。

实验结束时整个花片都枯萎花朵颜色均无明显变化续表花朵(颜色)广口瓶的编号与SO2 的浓度/(g/L)1234560.10.20.30.40.50.6对照瓶百日草牵牛花茑萝丝瓜花紫红石榴红黄色淡紫色大红黄色约1 min 43 s颜色开始变浅,约9 min稳定约50 s颜色开始变浅,约3 min 47 s稳定约25 s颜色开始变浅,约3 min 12 s稳定约12 s颜色开始变浅,约3 min稳定加入浓硫酸振荡立即变浅,约2.5 min稳定加入浓硫酸振荡立即变浅,约2 min稳定花片以整体颜色变淡形式呈现被伤害症状,最后变成稳定的浅红色。

实验结束时整个花片都枯萎约1 min43 s颜色开始变浅,约9 min稳定约50 s颜色开始变浅,约3 min47 s稳定约25 s颜色开始变浅,约3 min12 s稳定约12 s颜色开始变浅约3 min稳定加入硫酸振荡立即变浅,约2.5 min稳定加入硫酸振荡后立即变浅,约2 min稳定花片以整体颜色变淡形式呈现被伤害症状,最后变成稳定的橙色。

实验结束时整个花片都枯萎颜色没有任何变化,花片整体缺水枯萎在加入硫酸,稍加振荡后,立即就有大量的白斑出现,在很短的时间内花片就变为白色。

实验结束时花片整体枯萎约1 min开始有白斑,6 min稳定约30 s开始有白斑,约5 min40 s稳定加入硫酸振荡立即有白斑,5 min10 s稳定加入硫酸振荡后立即有白斑,约 4 min稳定加入硫酸振荡后立即有白斑,3 min 40s稳定加入硫酸振荡后立即有白斑,3 min18 s稳定花片以斑点的形式出现被伤害症状,斑点面积不断增多直至花片全部变成橙色。

实验结束时整个花片都枯萎颜色几乎没有变化,花片整体缺水枯萎花朵颜色均无明显变化3.5 实验结论通过上述实验探究,可以得出以下结论:(1)大气中二氧化硫浓度不同,花朵出现被伤害症状的时间不同,浓度越大,被伤害速度越快。

(2)不同颜色的植物花朵呈现出不同的被伤害症状。

大红花朵在含有二氧化硫的大气中整体颜色变浅,经过逐渐变浅的几个阶段,最后变成非常浅的淡红色或者为白色;粉红色的花朵以白斑的形式呈现被伤害症状,白斑随着时间的增长而不断增多,最后至整个花朵呈白色。

(3)不同颜色的同一类植物花朵在相同浓度的二氧化硫大气中,被伤害症状和程度不同;相同颜色的不同植物花朵在相同浓度的二氧化硫大气中,被伤害症状和程度基本相同,只是因花瓣本身的厚度不同而有些区别,出现伤害症状的时间略有差别。

(4)从表2可以看出,淡紫色的牵牛花受伤害症状最早出现,瞬间变成白色;红色花朵受伤害变色也很明显,随着红色深浅的不同最后变成橙色或者白色;黄色花朵基本保持原色。

说明二氧化硫对花朵颜色的影响随花色的不同而不同,对黄色花朵不敏感,对其他颜色花朵很敏感。

花的颜色通常是指花冠的颜色,花冠的颜色又是由花瓣细胞里的色素决定的。

色素的种类很多,与花的颜色有关的色素主要是花青素和类胡萝卜素。

花青素存在于细胞液中,含花青素的花瓣可呈现出红、蓝、紫等颜色。

花青素在酸性溶液中呈现红色,在碱性溶液中呈现蓝色,在中性溶液中呈现紫色[4]。