研究酸碱指示剂原理自制植物花瓣酸碱指示剂
高一（11）班[摘要] 本课题主要采用了查阅资料、做实验、访问老师等方法。

收集了一些常见的鲜花在酸性和碱性情况下显示不同颜色的资料，找到了酸碱指示剂的反应原理，并由此反应原理进行探索，找到了用鲜花色素代替酸碱指示剂的方法。

[关键词] 花色素、颜色变化、酸碱性、酸碱指示剂
酸碱指示剂是检验溶液酸碱性的常用化学试剂，它是300多年前，由英国科学家波议耳偶然捕捉到一种奇特的实验现象，继而发现的。

一天清晨，波义耳把喜爱的紫罗兰放在实验桌上开始了实验，当他从大瓶里倾倒出盐酸时，一股刺鼻的气体从瓶口涌出，倒出的淡黄色液体冒白雾，还有少许酸沫飞溅到鲜花上，他想“真可惜，盐酸洒到鲜花上了。

”为洗掉花上的酸沫，他把花放到水里，一会儿发现紫罗兰颜色变红了，当时波义耳既新奇又兴奋，他认为，可能是盐酸使紫罗兰颜色变红色，为进一步验证这一现象，他把那篮鲜花的花瓣分别放入当时已知的几种酸中，结果现象完全相同，紫罗兰都变为红色。

由此他推断，不仅盐酸，而且其它各种酸都能使紫罗兰变为红色。

他想：这太重要了，以后只要把紫罗兰花瓣放进溶液，看它是否变红色，就可判别这种溶液是不是酸。

今天，我们使用的石蕊、酚酞或PH试纸，就是根据波义耳的发现原理研制而成的。

我们就想如果在缺乏常用酸碱指示剂的情况下；例如在野外：而又需判断某溶液的酸碱性，该怎么办呢？
我们想：在这种情况下，就需要用一种普遍的物体来代替酸碱指示剂，理所当然，我们想到了酸碱指示剂发现时的情况——由“花”而起。

确实，花也普遍存在。

所以，我们猜想，所有的花都能在或酸或碱的情况下变成另一种颜色，这样也就能辨别出溶液的酸碱性了。

[研究方法及过程]
一、查阅收集资料：我们自成立研究组的第三周开始图书馆查阅资料或上网查资料，找到主要相关资料有《解析化学》、《栽花技巧》等并进行了自学。

二、实验：
所用器材：试管、量筒、玻璃棒、研钵、胶头滴管、点滴板、漏斗、纱布、小刀、一些鲜花。

1、鲜花花瓣遇酸碱的反应
步骤：1、先用小刀将花瓣切成碎片。

2、在白色点滴板的三个不同孔穴中分别放同样花瓣的碎片。

3、分别滴入一些稀盐酸、稀NaOH溶液、蒸馏水，观察现象。

4、用其它不同鲜花的花瓣作上述实验。

2、色素的提取及色素与酸碱的反应
步骤：1、分别取一些花瓣、植物叶子、萝卜等，分别在研钵中捣烂后，各加入5mL酒精溶液，搅拌。

2、分别用4层纱布过滤，得到花瓣色素、植物叶子色素和萝卜色素等的酒精溶液。

将滤液分装在三支试管中。

3、在白色点滴板的孔穴中分别滴入一些稀盐酸、稀NaOH溶液、蒸馏水，然后分
别滴入3滴花瓣色素的酒精溶液。

观察现象。

4、用植物叶子色素的酒精溶液、萝卜色素的酒精溶液等代替花瓣色素的酒精溶液
做上述实验，观察现象。

三、访问老师：我们多次请教了指导老师及实验员
[研究结果及分析]
一、通过查资料和访问老师我们得到有关指示剂变色原理
1、指示剂的变色原理以弱酸型指示剂（如酚酞）为例，说明酸碱指示剂的变色原理。

弱酸型酸碱指示剂在溶液中存在下列平衡：
HL ===== H+ +L-
酸色成分碱色成分
HIn表示弱酸的分子，为酸色成分；In-是弱酸分子离解出H+以后的复杂离子，为碱色成分。

酚酞的酸色成分是无色的，碱色的成分则呈红色。

例如，在酚酞指示剂溶液中加入酸时，H+就大量增多，使酚酞的离解平衡向左移动，这时酸色成分增多，碱色成分减少，溶液的颜色以酸色为主，酚酞在酸液中是无色的。

反之，如向溶液中加碱时，则平衡向右移动，碱色成分增加，酸色成分减少，溶液的颜色就以碱色为主，酚酞在碱液中是红色的。

所以指示剂可用以指示溶液的酸碱性或测定溶液的PH值。

上述弱酸指示剂的变色原理，同样适用于弱碱指示剂。

2、指示剂的变色范围和变色点
第一次实验结果表
我们得到以下结论：几乎所有的花都只遇碱变色，表明所有的此类花都生存在酸性条件下。

这让我们很是怀疑，难道真的所有的花都呈酸性。

于是我们进行了第二次实验，此次我们所选的花与上次大有不同，希望能得到更精准的结论。

果然进一步的实验打破了初步结论，解开了我们心中被初次实验带来的疑问。

有的花在酸性条件下也能变色。

为此我们找了许多资料，究其原因：地理位置也能影响土壤酸碱性。

西、北方干旱少雨，使盐基成分含量高的岩石，如石灰岩、玄武岩及钙质砂经风化而产生的OH-，不易流失而积累，使土壤成碱性。

而地处南方多雨区的我们。

一、二价阳离子大量被雨水冲走，只剩下正三价的铁、铝的化合物，而铁、铝的化合物水解而呈酸性产生H+，使土壤酸化。

所以我们极易找到呈酸性的花，以致结果产生了一些偏差。

不同的花有不同的颜色。

如果仔细观察一下，就可以发现大多数花的颜色，是在红、紫、蓝之间变化着，也有一些是在黄、橙、红之间变化着。

花色能够在黄、橙、红之间变化，那是类胡萝卜素的种类不同引起的。

类胡萝卜的种类很多，大约有60多种颜色。

像黄叶子成熟的香蕉里所含的黄色的叶黄素就是类胡萝卜素的一种。

花色能够在红、紫、蓝之间变化，是因为花瓣细胞里含有花青素。

花青素是一种水溶性的植物色素，它的颜色可随着细胞液的酸碱度的变化而改变，当细胞液为酸性时呈红色，碱性则变成蓝色或紫色。

大部分色素（主要成分均用HL表示）在水溶液中能发生如下电离：HL ==== H+ +L-
红色蓝色
在酸性溶液中，红色的HL分子是存在主要形式，溶液就显红色；在碱性溶液里，上述电离平衡向右移动，碱溶液中的OH-与H+发生中和，H+减少，则蓝色的L-（较复杂原子团）增多溶液显蓝色，在中性溶液里，红色的分子和蓝色的酸根离子同时存在，所以溶液显紫色，如把一朵红色的牵牛花泡在肥皂水里，这时OH-与H+发生中和，这时溶液主要以蓝色的L-离子存在，所以牵牛花中的花青素就变成了蓝色。

如把已变蓝的牵牛花再浸到稀盐酸的溶液里，H+增多，经过电离平衡L-减少，也就是恢复了HL，所以牵牛花恢复到原来的红色。

在这种可逆反应中，增大或减小反应物浓度都可以使平衡发生移动。

同时我们还做成许多鲜花色素指示剂如：玫瑰花指示剂，用酒精溶解了
玫瑰花色素分别滴加到0.1mol/l HCl溶液、0.1mol/l NaCl、蒸馏水及稀释千倍的0.1mol/l HCl溶液、稀释千倍的0.1mol/l NaCl中。

得到以下结论：玫瑰花指示剂的变色范围（见下表）
pH 1————————7——————————14
颜色鲜红——桃红——粉红——绿——棕黄（橙黄）
但是这些指示剂容易变质，几天以后便出现了沉淀，它们是被空气中氧气所氧化的结果。

[研究结论建议] 通过查阅所得资料和实际操作，我们总结出以下结论：
1、从原理上说，也就是前面的实验原理，许多鲜花中有色素而显出各种颜色，其色素大都能表现出酸式色（即HL的颜色）或碱式色（即L-离子的颜色），受外界酸碱性影响而显示不同的颜色。

从实际应用上说，自然界中普遍存在的鲜花，只要应用这些鲜花的变色情况便能辨别酸碱性。

（研究结果及分析中已列出，此处不再列表。

）同时，我们也推测土壤的性质对生物的生长也有很大的影响。

话不能空谈研究不能白做，下面我们做了一个小实验；
一组盐水浓度大的蒜苗与一组只放清水的蒜苗在同样的其它条件下，任其生长。

1通过这次实验，可以发现盐水的浓度越大，具体的表现是：蒜苗的生长缓慢，根系也不发达与对照组（只放清水的蒜苗）的生长状况有显著的差距。

2、通过实验，做大家认识到土壤盐碱化对植物生长的影响；盐类会进入到植物体内的细胞中吸收水分，还会影响植物吸收养分从而影响蒜苗的正常生长。

我国有很多盐碱地，因灌溉不当而产生的盐碱化是一个重要原因，它直接影响我国农村作物的生长。

所以，如果知道土壤的酸碱性，就可以解决作物的生长环境选取问题。

有一个十分简单的方法——目测法，我们只要观察此处花的颜色，就能分出个大概。

可利用已列出的普通花在酸碱性条件下的花色表进行对照。

通过这次研究活动，我们不仅学到了课本上没有的知识，提前学习了可逆反应，电离平衡的移动，还知道了如何进行科学地分析、解决问题，并锻炼了动手能力和创新意识。