再談鈉鉀元素的焰色反應

李俊生

焰色反應實驗是中學化學實驗教學的重點實驗之一，2017年高考理綜（全國Ⅰ卷）35題更是出現了考核鉀元素焰色反應的理論問題。近年來的實驗教學表明，很多人對焰色反應實驗的理解存在一定的偏差，焰色反應實驗成功的操作要點還不明晰，特別是鈉元素或鉀元素焰色反應的機理還有很多使學生迷惑的問題，因此有必要對焰色反應的機理以及實驗操作要點做進一步的分析。

1焰色反應的機理

火焰中金屬元素的物理化學歷程是很復雜的，一般認為，試液霧粒在火焰中有如圖1所示的復雜的反應歷程。

對于蘸在鉑絲表面的NaCl（aq）而言，圖1表明NaCl（aq）經過脫水、蒸發、分解等物理化學變化形成基態Na原子，基態Na原子再被熱能激發。激發的結果使Na原子的最外層電子吸收一定的能量而離開原來的能級，跳躍到較高的能級，處于較高能級的電子是不穩定的，躍遷回基態或低能態，產生不同波長的輻射，從而得到不同的焰色。其中輻射光的頻率滿足如下公式：

E₁、E₂表示電子在低能級或高能級時的能量，h為普朗克常數。鈉光譜的一個光譜系和鈉原子的簡單能級圖如圖2所示。

圖2表明了鈉原子[Na]3s¹中3s¹電子在不同能級的躍遷情況。在這些光譜線中，最強的是3s→3p的躍遷，波長分別是589.0～589.6nm雙線，它是鈉的特征雙線，稱作D線（黃色），而事實上人眼感知的可見光的波長范圍見表1。

由表1可以看到，鈉元素的3s一3p躍遷對應的波長處于可見光黃色區域，因此鈉元素的焰色反應為黃色。……