焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1、焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)課程名稱：中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)論小組成員：陳焱焱蔡燕潔李美玲闕如文高呂彬指導(dǎo)老師：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2017年4月28日小組成員及分工姓名學(xué)號(hào)前期分工實(shí)驗(yàn)分工陳焱焱20140004006撰寫實(shí)驗(yàn)方案共同完成實(shí)驗(yàn)蔡燕潔20140004017撰寫實(shí)驗(yàn)方案李美玲20140004018撰寫實(shí)驗(yàn)方案高呂彬20140004035撰寫實(shí)驗(yàn)方案闕如文20140004034匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案1、探究問題的提出焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)選自人教版高中化學(xué)必修1第三章金屬及其化合物第二節(jié)幾種重要的金屬化合物第三小節(jié)鹽。該節(jié)根據(jù)將蘸有某種金屬鹽溶液的鉑絲在酒精燈外焰燃燒會(huì)出現(xiàn)特殊的火焰顏色，并且不同的金屬鹽溶液燃燒所呈現(xiàn)的火焰顏色不

2、同，由此得出一種新的檢驗(yàn)金屬元素的方法。但是，在實(shí)際的操作中按照教材的實(shí)驗(yàn)操作很難得到良好的演示效果，主要的問題有：1. 現(xiàn)象觀察問題教材中的實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作中很難得到明顯的現(xiàn)象。一來酒精燈的火焰本身帶有黃色，會(huì)給實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察帶來干擾；二來鉑絲上蘸取的金屬鹽溶液量極少，金屬的焰色出現(xiàn)的時(shí)間較短，增加現(xiàn)象觀察的難度。2. 趣味性問題教材中的實(shí)驗(yàn)采取將蘸有金屬鹽溶液的鉑絲直接在酒精燈火焰上燃燒，然后觀察現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)單調(diào)，缺乏趣味性，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。3. 成本問題鉑絲價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)成本高，不適合資源較為匱乏的學(xué)校開展實(shí)驗(yàn)。另外，鉑絲也不是該實(shí)驗(yàn)中必不可少的，完全可以被其他經(jīng)濟(jì)適用

3、的材料或?qū)嶒?yàn)方法代替。2、問題解決設(shè)想（思路）基于以上存在的三方面的問題，我們實(shí)驗(yàn)小組提出以下解決方案：1. 解決現(xiàn)象觀察問題實(shí)驗(yàn)中的火焰原色對(duì)于焰色的觀察造成很大影響而且消除干擾的方式不多。實(shí)驗(yàn)中避免使用玻璃儀器可防止其中的微量鈉干擾火焰顏色。有實(shí)驗(yàn)者使用甲醇作為燃料。甲醇在燃燒時(shí)火焰顏色可接近無(wú)色，是較乙醇更為理想的焰色反應(yīng)燃料1。然而甲醇易揮發(fā)且對(duì)人體有一定的毒性，所以一般實(shí)驗(yàn)中還是更傾向于使用乙醇作為燃料，甲醇需酌情添加。此外，鉑絲蘸取劑量小，所以燃料與待測(cè)金屬離子溶液燃燒產(chǎn)生焰色的觀察時(shí)間十分短?？梢允褂贸醒b容器承載燃料與待測(cè)金屬離子的混合溶液用作燃燒。所以像瓷坩堝和蒸發(fā)皿這類的大口

4、徑容器可以用來承裝較多試劑，使燃燒持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，更好地進(jìn)行觀察。2. 解決趣味性問題趣味性方面，前輩們?cè)脒^許多方法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的所用儀器和表現(xiàn)方式，使得實(shí)驗(yàn)更有趣味性和觀賞性。日常生活中我們常常使用噴霧瓶包裝的產(chǎn)品，它有一定的容量而且可以人工控制噴出液體的劑量。焰色反應(yīng)中可使用噴霧瓶盛裝待測(cè)金屬離子溶液，向燃燒的火焰噴射。這樣產(chǎn)生的有色火焰體積大而且會(huì)很明顯，利于觀察。學(xué)生在觀看的過程中能被噴霧產(chǎn)生各色火焰的操作吸引，從而提升了實(shí)驗(yàn)趣味性。在具有觀賞性的焰色反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)2一文中提出用噴壺盛裝金屬鹽的甲醇溶液進(jìn)行顏色反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)。當(dāng)噴向酒精燈火焰時(shí),可產(chǎn)生壯觀的彩色火球，在報(bào)告廳這種遠(yuǎn)距離觀賞的

5、情況下仍然十分清晰明顯。這種極具表演性的改進(jìn)使得焰色反應(yīng)趣味性得到提升，而且也強(qiáng)烈吸引觀眾的注意，具有良好的展示效果和教育作用。不過由于試劑是噴灑出的而且實(shí)驗(yàn)中有火焰，實(shí)際教學(xué)中應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎操作，并且遠(yuǎn)離可燃易爆物品，與學(xué)生們也必須保持安全距離。3. 解決成本問題鉑絲成本較高，故而需要價(jià)格相對(duì)低廉的材料作為替代品。到目前為止，已有許多專家學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究，提出了一系列的改進(jìn)方案。李湘蘇在對(duì)焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)3一文中提出，用焦炭代替鉑絲作為基體，利用焦炭的吸附特性，吸附燃料乙醇以及待測(cè)金屬離子溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣可以重復(fù)利用，并將大大縮減所需成本。此外也有使用濾紙、石棉線、噴霧瓶等替代鉑絲的，從

6、成本上看這些都是不錯(cuò)的替代方式。3、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案【實(shí)驗(yàn)原理】金屬焰色反應(yīng)是金屬離子定性鑒定方法之一，其生色原理是現(xiàn)代光譜分析的基礎(chǔ)?，F(xiàn)行的普通化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、甚至中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中，都有金屬焰色反應(yīng)的內(nèi)容。使用乙醇燃燒法改進(jìn)焰色反應(yīng)不僅實(shí)驗(yàn)器材和藥品容易獲取、操作上簡(jiǎn)易可行，而且效果明顯。但是無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的配比不同將影響實(shí)驗(yàn)效果。當(dāng)無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的配比太低時(shí)將無(wú)法點(diǎn)燃，而比例過高是無(wú)水乙醇的燃燒火焰又會(huì)對(duì)金屬焰色產(chǎn)生干擾。因此，在實(shí)驗(yàn)開始前，探究無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的最佳配比將對(duì)探究不對(duì)呈現(xiàn)方式對(duì)火焰效果的影響奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在最佳配比下，以乙醇燃燒法為基礎(chǔ)的焰色反應(yīng)可

7、以通過不同的方式呈現(xiàn)，如直接在反應(yīng)容器中點(diǎn)燃、將溶液轉(zhuǎn)化為噴霧的形式點(diǎn)燃或?qū)⑷芤恨D(zhuǎn)移到易燃載體上點(diǎn)燃。不同的呈現(xiàn)反應(yīng)，火焰的顏色、大小和時(shí)間均不相同。因此，本實(shí)驗(yàn)將在前人的基礎(chǔ)上，繼續(xù)探究不同的呈現(xiàn)方式對(duì)焰色反應(yīng)火焰的影響，從而發(fā)現(xiàn)一種最佳的呈現(xiàn)方式?！緝x器及藥品】?jī)x器：坩堝、蒸發(fā)皿、噴霧器、燈壺、石棉、石棉繩、普通濾紙、250mL、100mL和50mL燒杯、鑷子、火柴藥品：飽和CaCl2溶液、飽和KCl溶液、飽和CuCl2溶液、無(wú)水乙醇、濃硝酸、濃硫酸【實(shí)驗(yàn)裝置】（略）【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】1. 探究無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的比例對(duì)火焰效果的影響4設(shè)置無(wú)水乙醇：飽和鹽溶液的比例為1:9、2:8、3:

8、7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1。取干凈的坩堝，向其中加入如下表所示的待測(cè)金屬鹽飽和溶液和無(wú)水乙醇，用干凈的玻璃棒攪拌混勻，使用火柴點(diǎn)燃。觀察現(xiàn)象并完成下表?？傆昧?mL無(wú)水乙醇與飽和鹽溶液的比例無(wú)水乙醇/mL飽和鹽溶液/mL火焰效果是否完全充分燃燒51:90.54.52:81.04.03:71.53.54:62.03.05:52.52.56:43.02.07:33.51.58:24.01.09:14.50.52. 探究不同呈現(xiàn)方式對(duì)焰色反應(yīng)的影響經(jīng)上述探究，我們可得到無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的最佳配比，并使用此配比進(jìn)行如下探究實(shí)驗(yàn)。（1）使用坩堝作為反應(yīng)容器取干凈的坩堝，向其中

9、加入5mL最佳配比的無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的混合溶液，用干凈的玻璃棒攪拌混勻，點(diǎn)燃。觀察火焰效果（高度、顏色是否明顯），并且記錄火焰持續(xù)的時(shí)間。（2）使用蒸發(fā)皿作為反應(yīng)容器取干凈的蒸發(fā)皿，向其中加入5mL最佳配比的無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的混合溶液，用干凈的玻璃棒攪拌混勻，點(diǎn)燃。觀察火焰效果（高度、顏色是否明顯），并且記錄火焰持續(xù)的時(shí)間。（3）噴霧器法取5mL最佳配比的無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的混合溶液，充分?jǐn)嚢韬筠D(zhuǎn)移到噴霧器中。把噴霧器的嘴部對(duì)準(zhǔn)酒精燈火焰上方進(jìn)行噴射。觀察火焰效果（高度、顏色是否明顯），并且記錄火焰持續(xù)的時(shí)間。注意：不要在進(jìn)行噴射的時(shí)候?qū)娍趯?duì)著別人。（4）酒精燈點(diǎn)燃法取5mL最佳配

10、比的無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的混合溶液，充分?jǐn)嚢韬筠D(zhuǎn)移到空燈壺中。在酒精燈后放置黑色背景板，點(diǎn)燃酒精燈，觀察火焰效果（高度、顏色是否明顯），并且記錄火焰持續(xù)的時(shí)間。（5）直接滴加法取一個(gè)坩堝，將坩堝蓋倒置在坩堝上。用鑷子取一塊事先裁剪好的石棉放在坩堝蓋上。加入2.5mL無(wú)水乙醇溶液，直至石棉吸滿乙醇溶液。點(diǎn)燃石棉。在坩堝蓋上滴加2.5mL飽和鹽溶液。觀察火焰效果（高度、顏色是否明顯），并且記錄火焰持續(xù)的時(shí)間。（6）石棉繩法取5mL最佳配比的無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的混合溶液，充分?jǐn)嚢韬筠D(zhuǎn)移到50mL小燒杯中，把石棉繩的一端浸入約1cm-2cm，取出，用火柴點(diǎn)燃，觀察火焰效果（高度、顏色是否明顯），并且

11、記錄火焰持續(xù)的時(shí)間。（7）焰色試紙法將過濾用的普通濾紙裁成能放入燒杯中的紙片備用。配制混酸：向干燥的250mL燒杯中加入50mL濃硝酸，并放入冰水浴中，再沿玻璃棒將50mL濃硫酸慢慢注入濃硝酸中，同時(shí)不斷攪拌，形成混酸，直到混酸達(dá)到室溫為止。將裁好的濾紙分張浸沒在混酸中，使每片濾紙保持分離狀態(tài)，浸泡10-15min，當(dāng)濾紙片變成半透明狀時(shí)即成纖維素硝酸酯。然后將濾紙片從混酸中轉(zhuǎn)移到成蒸餾水的燒杯中漂洗數(shù)次，取出放在兩層吸水紙之間擠壓至看不到明顯的水珠為止。將5mL最佳配比的無(wú)水乙醇和飽和鹽溶液的混合溶液盛于燒杯中，把經(jīng)混酸處理的濾紙放入燒杯中浸泡5min，取出放在兩層吸水紙間擠壓，然后在空氣中

12、自然晾干，即制得“焰色試紙”。用鑷子夾住“焰色試紙”，在普通酒精燈上點(diǎn)燃，觀察火焰效果（高度、顏色是否明顯），并且記錄火焰持續(xù)的時(shí)間。四、實(shí)驗(yàn)過程記錄1、總用量/mL無(wú)水乙醇與飽和鹽溶液的比例無(wú)水乙醇/mL飽和鹽溶液/mL火焰效果是否完全充分燃燒51:90.54.52:81.04.03:71.53.54:62.03.05:52.52.56:43.02.07:33.51.58:24.01.09:14.50.5總用量/mL無(wú)水乙醇與飽和鹽溶液的比例無(wú)水乙醇/mL飽和鹽溶液/mL火焰效果是否完全充分燃燒51:90.54.52:81.04.03:71.53.54:62.03.05:52.52.56:43.02.07:33.51.58:24.01.09:14.50.5總用量/mL無(wú)水乙醇與飽和鹽溶液的比例無(wú)水乙醇/mL飽和鹽溶液/mL火焰效果是否完全充分燃燒51:90.54.52:81.04.03:71.53.54:62.03.05:52.52.56:43.02.07:33.51.58:24.01.09:14.50.52、呈現(xiàn)方式觀察火焰效果（高度、顏色是否明顯）火焰持續(xù)的時(shí)間使用坩堝作為反應(yīng)容器使用蒸發(fā)皿作為反應(yīng)容器噴霧器法酒精燈點(diǎn)