切开的苹果“生锈”探究

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1、切开的苹果“生锈”探究揭阳第一中学黄新敏一、问题提出众所周知，铁暴露在空气中会生锈。有趣的是，我们吃苹果时，有时将苹果切开放置不久，果肉上就会产生一层咖啡色的物质，也好像是生了“锈”一样。是什么原因造成切开的苹果“生锈”呢，它与什么因素有关？我们将对此进行了探究。二、猜想与假设切开的苹果暴露在空气中“生锈”原因可能与空气中某种气体有关，也有可能与空气无关。据此，我们进行以下猜想与假设：猜想①：可能与空气没有关系，只是果肉内的物质自身相互反应而“生锈”。猜想②：可能是果肉中的物质与空气中的氮气作用而“生锈”；猜想③：可能

2、是果肉中的物质与空气中的二氧化碳作用而“生锈”；猜想④：可能是果肉中的物质与空气中的氧气作用而“生锈”；猜想⑤：可能是果肉中的物质与空气中的氧气作用而“生锈”，并且苹果“生锈”的速度还可能与温度有关。三、文献综述苹果是天然的美容、保健佳品，富含多种人体所需的营养元素和矿物质。如果要问：“你认为苹果中除了C、H、O以外，含量高的元素可能有什么？”多数人或许回答：“铁！”人们往往认为苹果可以补血，理由是苹果可以提供铁元素。人们认定苹果含铁的理由是切开的苹果能较快地变为褐色,仿佛铁器生锈，所以苹果富含铁。其实，这个观念是不科

3、学的[1]。苹果的切开确实会变色，在食品科学上称为“褐变”。褐变的原因与苹果中的铁元素无关而是果实中酵素作用的结果。归纳起来包括一下两方面的原因[2，3，4]：（1）果实中存在着酚类化合物，例如：多元酚类、儿茶酚等。酚类化合物易被氧化成醌类化合物，即发生变色反应变成黄色，随着反应的量的增加颜色就逐渐加深，最后变成深褐色。氧化反应的发生是由于与空气中氧的接触和细胞中酚氧化酶的释放，这是主要的原因。（2）苹果果肉里含有一种叫鞣酸的有机物质。我们用小刀削开苹果时，果肉里的鞣酸就会和刀刃的铁质发生化学反应，生成一种黑色的鞣酸铁

4、，覆盖在果肉的表面而呈褐色。在组织没有损伤之前，酚氧化酶存在于细胞器中，不能与酚类化合物接触，而空气中的氧更没法进入，因而不发生氧化变色反应。当细胞组织受损伤以后，酚氧化酶就被释放出来与酚类化合物接触，催化酚类化合物的氧化，再加上空气中氧的作用，就会发生变色反应。四、实验设计方案1．实验方案针对上面的猜想①至猜想⑤，我们在查阅相关资料基础上依次设计了以下实验方案，进行了实验探究，并将通过观察到的实验现象确定切开的苹果“生锈”原因。猜想实验方案猜想①将一小块果肉浸入盛有已煮沸除去氧气与二氧化碳气体的蒸馏水的烧杯中，观察现

5、象。猜想②将切开的苹果放入盛有氮气的集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，观察现象。猜想③将切开的苹果放入盛有二氧化碳的集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，观察现象。猜想④将一小块切开的苹果放入盛有氧气的集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，观察现象。猜想⑤各取一小块苹果分别放入三支收集满氧气的试管中，并塞住瓶口。将其中一支试管置于空气中，另一支放入热水浴中，第三支放入冰水浴中，观察三支试管中苹果的变色速度及颜色深浅。注：1.实验过程包括二氧化碳和氧气的制取二氧化碳制取方法：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O排饱和NaHCO3溶液法

6、收集气体。氧气制取方法：用排水法收集气体。2.除去氧气与二氧化碳的蒸馏水可在盛有蒸馏水的烧杯中加入适量的亚硫酸钠后加热至沸腾再冷却制得。2．实验仪器：分液漏斗水槽大试管（4支）集气瓶（4个）导管铁架台酒精灯铁夹三脚架烧杯（100ml，250ml）等3．实验药品：红富士苹果（2个）碳酸钙盐酸高锰酸钾二氧化锰氯酸钾亚硫酸钠碳酸氢钠氮气冰五、实验过程记录收集好各种气体后进行以上实验，实验现象如表1、图1和图2所示。表1各实验方案的实验现象记录猜想实验方案实验现象猜想①将一小块果肉浸入盛有已煮沸除去氧气与二氧化碳气体的蒸馏水的

7、烧杯中，观察现象。（观察时间30min）果肉表面不变色。猜想②将切开的苹果放入盛有氮气的集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，观察现象。（观察时间30min）果肉表面不变色。猜想③将切开的苹果放入盛有二氧化碳的集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，观察现象。（观察时间30min）果肉表面不变色。猜想④将一小块切开的苹果放入盛有氧气的集气瓶中，用玻璃片盖住瓶口，观察现象。（观察时间30min）果肉表面变褐色。猜想⑤各取一小块苹果分别放入三支收集满氧气的试管中，并塞住瓶口。将其中一支试管置于空气中，另一支放入热水中，第三支放入冰水中，观察三支

8、试管中苹果的变色速度。（观察时间13min）置于热水浴的先变色,且颜色最深；置于空气的次之；置于冰水的颜色最浅。六、相关问题探讨实验结果表明猜想④是正确的，切开的苹果放置在空气中“生锈”与空气中的氧气有关，是苹果果肉中的物质（酚类化合物）被氧气氧化而变色。实验进一步表明苹果“生锈”的速度与温度有关，温度越高，变色越快。其实不仅苹果