焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)

陶慧玲

摘要： 許多文獻(xiàn)介紹了焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法，但仍有三個不足，即焰色持續(xù)時間短、酒精燈火焰通常有黃色出現(xiàn)而干擾觀察焰色、裝置較復(fù)雜且不能同時對比多個焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。新設(shè)計(jì)的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)用倒扣的鋁制易拉罐外底作酒精燈，一小團(tuán)鋼絲球作藥品載體，能持續(xù)觀察到焰色反應(yīng)半分鐘。鋁和鋼絲沒有焰色不干擾實(shí)驗(yàn);較大的穩(wěn)定的火焰能產(chǎn)生高達(dá)600℃的溫度;鋁制易拉罐和廚房清潔用的鋼絲球常見易得;裝置簡單，能同時對比多個實(shí)驗(yàn)。新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，操作方便安全，學(xué)生容易理解，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞： 焰色反應(yīng);實(shí)驗(yàn)改進(jìn);噴霧法;對比實(shí)驗(yàn)

文章編號： 10056629（2018）3006403 中圖分類號： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 問題的提出

焰色反應(yīng)是檢驗(yàn)?zāi)承┙饘僭氐闹匾椒ǎ侵袑W(xué)化學(xué)中的重要實(shí)驗(yàn)之一。按教材的實(shí)驗(yàn)方法操作很難得到明顯的實(shí)驗(yàn)效果。通常有以下幾點(diǎn)不足： 焰色持續(xù)時間太短;酒精燈火焰通常有黃色出現(xiàn)而干擾實(shí)驗(yàn);觀察鉀的焰色反應(yīng)時一手拿藍(lán)色的鈷玻璃觀察，另一只手拿鉑絲灼燒操作不方便。

針對以上不足，近年來許多文獻(xiàn)介紹了焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法。

1.1 從加料的角度改進(jìn)

馬宏佳進(jìn)行了噴灑鹽粉末式焰色反應(yīng)，得到了直徑在10cm高約10～15cm的美麗火焰，這是具有觀賞性的焰色反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn) [1]。但噴灑法中藥品用量較大，且焰色只在鹽粉末撒落火焰的瞬間可見，焰色持續(xù)時間太短，不便于觀察。

李鶯等的噴霧法，即將金屬鹽配成溶液用噴壺直接噴射到火焰上方，可得到頗為壯觀的焰色 [2]。張幫程用“噴霧法”在“廢舊石棉網(wǎng)”上演示焰色反應(yīng)的實(shí)驗(yàn) [3]。優(yōu)點(diǎn)是火焰大且明顯，操作也很方便，但焰色持續(xù)時間太短，只在噴灑瞬間可見，且藥品用量也較大，藥品污染周圍環(huán)境，較多的金屬鹽霧彌漫在空氣中，被師生吸入肺內(nèi)，可能影響師生健康。

李生英等提出脫脂棉法，得到的焰色效果與鉑絲做的焰色完全一致，并且具有成本低、操作方法簡便、省時等優(yōu)點(diǎn)。對于鉀的焰色反應(yīng)采用此方法，不用藍(lán)色鈷玻璃也能清楚地觀察到其焰色 [4]。但是燃燒溫度不高，鹽氣化比較慢。

詹漢英采用石棉繩法進(jìn)行焰色反應(yīng)，得到了比較理想的焰色效果 [5]，但同樣存在燃燒溫度不高，鹽氣化比較慢的問題。

Barnes提出焰色試紙法。該方法是將濾紙條通過特殊的處理制成焰色反應(yīng)的試紙，實(shí)驗(yàn)時直接取用該試紙點(diǎn)燃即可得到相應(yīng)的金屬焰色，非常方便。也有人嘗試用濕濾紙卷住糊狀金屬鹽放在燈焰中灼燒的方法，效果雖好，但不適宜學(xué)生使用 [6]。

1.2 從燃料或火焰溫度的角度改進(jìn)

林綺玲提出使用氫氣作為火源進(jìn)行焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。優(yōu)點(diǎn)是火焰為淡藍(lán)色，對金屬元素的焰色干擾較少 [7]。缺點(diǎn)是氫氣的制備和存儲都較難，且有一定的危險性。

高鳳梅等提出使用甲醇作為火源 [8]。優(yōu)點(diǎn)是火焰為淡藍(lán)色，對金屬元素的焰色干擾較少。但是甲醇易揮發(fā)且有毒，實(shí)驗(yàn)時會影響師生身體健康。

張喜恒將金屬鹽加入乙醇中作為酒精燈的燃料，焰色持續(xù)的時間長，但是溫度低，酒精燈中乙醇的火焰帶有黃色干擾其他金屬元素的焰色反應(yīng) [9]。

李健榮將酒精改成瓊脂固體酒精，瓊脂很難燃燒，一般不會干擾焰色反應(yīng) [10]，且火焰面積大，便于觀察焰色反應(yīng) [11]。但瓊脂固體酒精放在表面皿內(nèi)的金屬鹽粉末上面，使金屬鹽粉末的受熱溫度很低，需要較長時間才能升高到一定溫度觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。且該瓊脂固體酒精如沾染了一種藥品后，便不能再用作其他金屬的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

1.3 對燃燒器進(jìn)行改進(jìn)

周永文對酒精燈進(jìn)行改進(jìn)，制成“雙焰酒精燈，可得到35mm高的火焰，焰色反應(yīng)時間可持續(xù)20s，現(xiàn)象很明顯，適用于演示實(shí)驗(yàn) [12]。但雙焰酒精燈并不常見，操作也不便。

朱兵設(shè)計(jì)一種輕便的“焰色反應(yīng)器”，用來代替金屬絲做焰色反應(yīng)，可以克服金屬絲圈做實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，效果很好 [13]，但制作較難。

楊玉峰等用“焰色反應(yīng)源”做實(shí)驗(yàn)，得到的相應(yīng)的焰色火焰顏色鮮艷穩(wěn)定 [14]。但焰色反應(yīng)器在快速灼燒操作時要避免阱口的玻璃接觸煤氣燈的燈焰，以免產(chǎn)生鈉的黃光等，操作不便。

以上文獻(xiàn)中的改進(jìn)方法都無法同時克服焰色持續(xù)時間短、酒精燈火焰通常有黃色出現(xiàn)而干擾實(shí)驗(yàn)、裝置復(fù)雜制作不便以及不能做對比實(shí)驗(yàn)等缺點(diǎn)。經(jīng)分析后不難發(fā)現(xiàn)，比較理想的焰色反應(yīng)必備的幾個要素是： 用燃料產(chǎn)生較高的溫度;需要待測金屬或其化合物或其溶液;接觸火焰和待測樣品的材料不能有焰色反應(yīng)的干擾因素。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和比較，最后設(shè)計(jì)了更為簡化的裝置——用倒扣的鋁制易拉罐外底作酒精燈，一小團(tuán)鋼絲球作藥品載體，能持續(xù)觀察到焰色反應(yīng)半分鐘。該實(shí)驗(yàn)操作簡單、現(xiàn)象明顯、與教材中實(shí)驗(yàn)操作和原理相似，學(xué)生容易理解、趣味性強(qiáng)且安全環(huán)保。

2 實(shí)驗(yàn)器材和藥品

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

鋁底易拉罐、廚房清潔用的鋼絲球、藥匙（或膠頭滴管）、鑷子，剪刀、火柴

2.2 實(shí)驗(yàn)藥品

95%酒精、氯化鈉（或其溶液）、氯化鉀（或其溶液）、其他待測金屬鹽固體或其溶液

3 實(shí)驗(yàn)裝置及步驟

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 新設(shè)計(jì)的焰色反應(yīng)對比實(shí)驗(yàn)裝置

下面介紹新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以僅燃燒酒精做空白對比、氯化鈉的焰色反應(yīng)、氯化鉀的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例。

（1） 取三個相同的鋁底易拉罐，將易拉罐外底部洗凈，倒扣在桌面上間隔約10cm排成一排，從左到右分別編號為①、 ②、 ③。如圖1。

（2） 取一團(tuán)廚房清潔用的潔凈無銹的鋼絲球，用剪刀剪下直徑約1cm大小的鋼絲球三團(tuán)，分別放在倒扣在桌面上的易拉罐的底面中心位置。

（3） 分別在三個易拉罐底部加95%酒精或無水乙醇約3mL。

（4） 在②號易拉罐底部鋼絲球上加待測綠豆粒大小固體藥品或溶液（例如氯化鈉固體或氯化鈉溶液），在③號易拉罐底部鋼絲球上加待測綠豆粒大小固體藥品或溶液（例如氯化鉀固體或氯化鉀溶液）。

（5） 用一根火柴快速點(diǎn)燃三個罐底的酒精，約5秒鐘后就能觀察到明顯的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

觀察到①號易拉罐底部酒精燃燒火焰呈現(xiàn)很淺的淡藍(lán)色，不認(rèn)真觀察則看不清火焰;②號易拉罐底面上方火焰呈現(xiàn)非常明顯的黃色;③號易拉罐底面上方火焰已經(jīng)明顯呈現(xiàn)紫色。直接用肉眼便能觀察到三者火焰顏色的明顯區(qū)別。透過一塊藍(lán)色的鈷玻璃同時觀察三個火焰，能觀察到①號和②號火焰現(xiàn)象相同，③號有非常清楚的紫色火焰。通過觀察①號和②號的火焰，使學(xué)生真正理解藍(lán)色鈷玻璃的作用是過濾掉鈉的黃色光，以便觀察鉀元素的紫色火焰。

4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 整個實(shí)驗(yàn)裝置的材料是鋁、鋼絲球，鋁、鋼都沒有焰色。使用這些材料實(shí)驗(yàn)時對待測金屬元素的焰色反應(yīng)沒有干擾。

（2） 火焰面積大，溫度高。小鋼絲球上方火焰溫度高達(dá)600℃，能氣化絕大多數(shù)待測金屬元素，焰色反應(yīng)現(xiàn)象明顯。

（3） 焰色持續(xù)時間長達(dá)半分鐘，有足夠的時間對比觀察。

（4） 能同時對比多個焰色反應(yīng)。透過一塊藍(lán)色的鈷玻璃同時觀察三個實(shí)驗(yàn)（燃燒酒精的空白對比實(shí)驗(yàn)、氯化鈉的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、氯化鉀的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)），學(xué)生能真正理解藍(lán)色鈷玻璃的作用是過濾掉鈉的黃色光，理解觀察鉀元素焰色反應(yīng)需要透過藍(lán)色鈷玻璃的原因。趣味性強(qiáng)，效果好，學(xué)生的印象深刻。

（5） 實(shí)驗(yàn)材料為鋁制易拉罐和廚房用的鋼絲球，材料易得。可發(fā)動學(xué)生收集，增強(qiáng)學(xué)生的參與度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。操作簡單，安全環(huán)保。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬宏佳.具有觀賞性的焰色反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2004，（3）： 38.

[2]李鶯等.焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2007，（4）： 112.

[3]張幫程﹒用“噴霧法”在廢舊石棉網(wǎng)上演示焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)[J]﹒化學(xué)教學(xué)，2009，（6）： 20～21.

[4]李生英，白林.無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].蘭州： 蘭州大學(xué)出版社，2000： 128.

[5]詹漢英.焰色反應(yīng)的新方法[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2001，（8～9）： 75.

[6]Bamer Z.K. Alternative flametestprocedures [J]. J. Chem. Edu.， 1991，68（2）： 246.

[7]林綺玲.“焰色反應(yīng)”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2010，（06）： 47～49.

[8]高鳳梅，于清江，武劍.鉀元素焰色反應(yīng)的新方法[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2007，（1）： 65.

[9]張喜恒.焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015，（6）： 23.

[10]李明立，曹廣雪﹒利用固體酒精進(jìn)行的焰色反應(yīng)[J]﹒教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2013，（12）： 29.

[11]李健榮﹒焰色反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J]﹒化學(xué)教學(xué)，2016，（12）： 59.

[12]周永文.焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2000，（1）： 6.

[13]朱兵.金屬焰色反應(yīng)新技術(shù)[J].大學(xué)化學(xué)，1990，5（6）： 28～29.

[14]楊玉峰，白玫梅.焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教育，1998，（10）： 8.