焰色試驗(yàn)創(chuàng)新 論文

焰色試驗(yàn)創(chuàng)新摘要：化學(xué)學(xué)科是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成和發(fā)展的，化學(xué)學(xué)科的發(fā)展離不開(kāi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，在高中化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)起著不可替代的重要作用，對(duì)高中教材中的一些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，可以使化學(xué)實(shí)驗(yàn)變得貼近生活、操作簡(jiǎn)單、生動(dòng)有趣，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。焰色試驗(yàn)是高中化學(xué)的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，本文從焰色試驗(yàn)的歷史和原理切入，總結(jié)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的操作和缺點(diǎn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了針對(duì)性的改進(jìn)設(shè)計(jì)，盡可能利用生活中的材料和藥劑，使得實(shí)驗(yàn)材料簡(jiǎn)單易得，現(xiàn)象明顯，操作方便，更有利于課堂教學(xué)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。關(guān)鍵詞：焰色試驗(yàn)，歷史和原理，焰色試驗(yàn)創(chuàng)新引言：焰色試驗(yàn)位于人教版新教材必修一第二章第一節(jié)《鈉及其化合物》中，是指將某些金屬單質(zhì)或其化合物進(jìn)行灼燒，火焰會(huì)因?yàn)榻饘僭胤N類(lèi)不同，而呈現(xiàn)出不同的顏色，從而判斷金屬元素種類(lèi)的定性試驗(yàn)方法，也是與生活息息相關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置需要使用鉑絲或潔凈無(wú)銹的鐵絲蘸取少量樣品，在酒精燈外焰上灼燒，操作繁瑣，現(xiàn)象不明顯，急需進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)。一、焰色試驗(yàn)的歷史和原理1．歷史人教版高中化學(xué)新教材中的焰色試驗(yàn)一般指焰色反應(yīng)，也稱(chēng)作焰色測(cè)試，是一種古老的定性分析法，中國(guó)南北朝時(shí)期的古典書(shū)籍《本草經(jīng)集注》中就記載過(guò)：“以火燒之，紫青煙起，乃真硝石也”。1741年瑞典人波特發(fā)現(xiàn)了硼砂的酒精溶液燃燒時(shí)會(huì)呈現(xiàn)綠色的火焰，從而發(fā)現(xiàn)了檢查硼元素的特征反應(yīng)。德國(guó)化學(xué)家馬格拉夫在1762年發(fā)現(xiàn)鈉鹽和鉀鹽可以分別使火焰著上各自特征的焰色，從此以后，利用焰色反應(yīng)鑒別鈉鹽和鉀鹽就成為了常用手段了。后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)了銅鹽呈藍(lán)綠色、鋰鹽呈紫紅色，到了19世紀(jì)中期，德國(guó)化學(xué)家羅伯特.威廉.本生設(shè)計(jì)制造了利用煤氣作為燃料，燃燒時(shí)火焰幾乎無(wú)色的本生燈，并利用這種燈來(lái)研究各種鹽類(lèi)在火焰中呈現(xiàn)出不同焰色的現(xiàn)象，并創(chuàng)造性的利用藍(lán)色玻璃和靛藍(lán)溶液作為濾鏡觀察火焰顏色，我們現(xiàn)在使用藍(lán)色鈷玻璃觀察鉀的焰色試驗(yàn)也來(lái)源于此。本生在另一位德國(guó)物理學(xué)家古斯塔夫.羅伯特.基爾霍夫的幫助下，開(kāi)創(chuàng)了分析化學(xué)的一個(gè)重要分支：“光譜分析”。后來(lái)，他們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了新元素銫和銣，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)觀察光譜對(duì)元素進(jìn)行定性分析檢驗(yàn)，為天體化學(xué)的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2．原理焰色試驗(yàn)是物理變化，當(dāng)金屬及其鹽在火焰上灼燒時(shí)，原子中的電子吸收了能量，從能量較低的原子軌道躍遷到能量較高的原子軌道，處于能量較高原子軌道上的電子不穩(wěn)定，迅速躍遷回能量較低的原子軌道，同時(shí)將多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，不同原子結(jié)構(gòu)的金屬，其電子躍遷時(shí)的能量變化就不同，從而會(huì)發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，而使火焰呈現(xiàn)出不同的顏色。二、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置1．操作把熔嵌在玻璃棒上的鉑絲或潔凈無(wú)銹的鐵絲（實(shí)驗(yàn)室中一般都有專(zhuān)用的金屬棒，棒頭可以用螺帽固定鉑絲或鐵絲）放在酒精燈外焰上灼燒至與原來(lái)火焰的顏色相同，再用鉑絲（或鐵絲）蘸取待測(cè)樣品溶液，在外焰上灼燒，觀察火焰顏色。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將鉑絲（或鐵絲）用鹽酸洗凈，在外焰上灼燒與原來(lái)火焰的顏色相同，以備下次實(shí)驗(yàn)使用。2．缺點(diǎn)（1）鉑絲價(jià)格昂貴，使用壽命短，反復(fù)彎曲、灼燒下容易折斷；鐵絲易于鹽酸反應(yīng)，容易損耗；（2）操作復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)，每次做完實(shí)驗(yàn)都要用鹽酸清洗鉑絲，并在火焰上反復(fù)灼燒，直至與火焰顏色相同才能使用，一般需要清洗多次，而且清洗后的鹽酸溶液中的金屬離子殘留也會(huì)對(duì)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)造成干擾，整體實(shí)驗(yàn)效果并不好；（3）鉑絲即使繞成螺旋狀，其所能蘸取的樣品溶液也比較少，因此焰色試驗(yàn)的火焰顏色很難觀察到，特別是鉀元素灼燒時(shí)的紫色火焰更不容易觀察，尤其是白天光線較強(qiáng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見(jiàn)度更差。三、焰色試驗(yàn)創(chuàng)新方案1．“醫(yī)用棉棒”焰色試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用品及試劑：醫(yī)用棉棒、醫(yī)用酒精、酒精燈、待測(cè)樣品（CuCl固體、KI固體、KCl固體等）實(shí)驗(yàn)操作：將醫(yī)用棉棒用65%～95%的酒精浸潤(rùn)（酒精濃度不易太低，否則不易燃燒），蘸取待測(cè)樣品后，在酒精燈上引燃，即可看到明顯的焰色現(xiàn)象（圖1）。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：（1）使用醫(yī)用棉棒，價(jià)格便宜，簡(jiǎn)單易得，不用洗滌，操作方便；（2）使用醫(yī)用酒精助燃，不僅有助于蘸取待測(cè)樣品，同時(shí)排除了普通酒精燈火焰顏色的干擾，而且燃燒時(shí)間更長(zhǎng)，更便于課堂展示和學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；（3）使用KI固體或KCl固體代替書(shū)本實(shí)驗(yàn)方案中的KCO溶液，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，而且不用使用藍(lán)色鈷玻璃即可觀察到紫色火焰。方案2：“噴霧瓶”焰色試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用品及試劑：噴霧瓶、酒精、噴槍、待測(cè)樣品（CuCl固體、KCl固體等）實(shí)驗(yàn)操作：將待測(cè)樣品溶于65%左右的酒精溶液（酒精濃度不能低于50%，否則助燃效果差；也不能高于80%，否則樣品短時(shí)間內(nèi)無(wú)法溶解），將配好的溶液裝入噴霧瓶（實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金屬元素的氯化物在乙醇中的溶解性好于金屬元素的硫酸鹽），點(diǎn)燃噴槍?zhuān)脟婌F瓶向噴槍外焰噴出樣品溶液（注意火焰及噴霧方向斜向上45度左右，并且需要朝向無(wú)人空曠處），即可看到帶有明顯的焰色現(xiàn)象的火焰噴出。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：（1）使用日常盛裝化妝品用的噴霧瓶，一方面將化學(xué)與生活聯(lián)系起來(lái)，另一方面也使樣品容易霧化，同時(shí)使用乙醇助燃，可以在點(diǎn)燃后看見(jiàn)絢麗的火焰，容易引起學(xué)生共鳴，課堂效果非常好；（2）藥劑可以提前配好放置于噴霧瓶中，握持方便，使用簡(jiǎn)潔，也可以改用5mL的噴霧瓶，體積小巧，便于攜帶；（3）使用噴槍代替酒精燈，噴槍便于點(diǎn)燃，外焰接近無(wú)色，擺脫了酒精燈自身火焰顏色對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的干擾，而且噴槍可以單手持握，便于攜帶，氣罐旋鈕可以隨意調(diào)控火焰大小，方便控制，易于展示。方案3：“加濕器”和“霧化器”焰色試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用品及試劑：家用加濕器或霧化器、酒精、噴槍、待測(cè)樣品（CuCl溶液、KCl溶液等）實(shí)驗(yàn)操作：將家用加濕器棉芯用待測(cè)液（添加酒精助燃，混合后酒精濃度大約65%左右即可）浸潤(rùn)，然后組裝霧化頭，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，樣品即會(huì)被霧化釋放，然后用點(diǎn)燃的噴槍靠近，即可看見(jiàn)焰色反應(yīng)現(xiàn)象；也可以使用霧化器，將霧化片直接放入待測(cè)液液面上，通電后產(chǎn)生超聲波，即可使樣品霧化，然后用點(diǎn)燃的噴槍靠近，也可看見(jiàn)焰色反應(yīng)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：（1）使用生活中的加濕器或霧化器使樣品霧化，體現(xiàn)化學(xué)與生活的聯(lián)系，加濕器棉芯可以提前用待測(cè)液體浸潤(rùn)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)只要更換棉芯，即可快速進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)；加濕器本身可以選擇充電型加濕器，可以省去電源線，更便于展示；（2）霧化器使用霧化片利用超聲波原理使樣品液體霧化，效果更好，省去了用待測(cè)液體浸潤(rùn)棉芯的時(shí)間，同時(shí)可以使用充電寶供電，簡(jiǎn)單便攜。方案4：“彩虹火焰”焰色試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用品及試劑：脫脂棉、酒精、鐵質(zhì)瓶蓋、待測(cè)樣品（CuCl固體、KCl固體、LiCl固體等）實(shí)驗(yàn)操作：把多個(gè)拇指大小的脫脂棉團(tuán)成凹坑狀，凹槽內(nèi)分別放入待測(cè)樣品，并用酒精將棉團(tuán)和樣品潤(rùn)濕，將準(zhǔn)備好的脫脂棉分別放于鐵質(zhì)瓶蓋中（實(shí)驗(yàn)中使用的是豆瓣醬和罐頭的瓶蓋，也可以用別的鐵質(zhì)瓶蓋清洗后代替，注意去除密封塑料膜，防止塑料燃燒而干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察），將裝有藥品的瓶蓋一字排開(kāi)并引燃，即可產(chǎn)生一串各種顏色的“彩虹火焰”焰色反應(yīng)現(xiàn)象（圖5）圖5“彩虹火焰”焰色試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：可以同時(shí)產(chǎn)生多種顏色的焰色反應(yīng)，像彩虹一樣，可以有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)和親自動(dòng)手設(shè)計(jì)、完成實(shí)驗(yàn)的興趣，實(shí)驗(yàn)效果明顯；但火焰顏色在白天無(wú)法用相機(jī)準(zhǔn)確捕捉，光線較強(qiáng)時(shí)，有些火焰顏色（如鉀的紫色）距離稍遠(yuǎn)就難以觀察，在晚上光線較暗時(shí)完成該實(shí)驗(yàn)，效果更好。四、總結(jié)焰色試驗(yàn)可以用于創(chuàng)造煙花，給予我們燦爛多姿的夜空；也可以用于探究遙遠(yuǎn)星球所蘊(yùn)含的元素種類(lèi)，使人類(lèi)的探究腳步邁向廣袤的宇宙；更可以使我們的化學(xué)探究之路充滿(mǎn)色彩和樂(lè)趣。一個(gè)小小的實(shí)驗(yàn)方案，可以利用生活中常見(jiàn)的用品進(jìn)行改良，在取得更好實(shí)驗(yàn)效果的同時(shí)，也落實(shí)了化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)中的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)，使化學(xué)源于課本，高于課本，聯(lián)系生活，展望科技