焰色反应的实验改进

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 焰色反应的实验改进 摘要：中学化学教材中的焰色反 应实验存在操作繁琐、钾元素焰色不明 显等缺点。经实验探究对该实验作了改 进，发现采用琼脂制备的固体酒精作为 火源直接灼烧金属盐的方法，可以排除 酒精灯黄色外焰的影响；增大火焰与试 样的接触面积，具有良好的焰色反应效 果。 中国论文网 /9/view-12940209.htm 关键词：焰色反应；琼脂；固体 酒精；接触面积；实验改进 文章编号：1005 C6629（2016）12C0059C03 中图 分类号：G633.8 文献标识码：B 1 问题提出 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 焰色反应是指某些金属或它们的 化合物在灼烧时使火焰呈现特殊颜色的 反应，是检验金属元素的重要方法。但 是在实际操作中按照教材的实验方法很 难得到良好的演示效果，其主要原因有 以下几点：（1）使用酒精灯灼烧时， 产生的火焰呈现黄色，在客观上会对其 他金属离子的检验造成干扰；（2）观 察钾元素焰色需要通过蓝色钴玻璃，而 且观察的视线需要一定的角度；（3） 用铂丝或铁丝蘸取的金属盐溶液量少， 金属离子的焰色持续时间短；（4）该 实验操作复杂，实验前后铂丝都要进行 清洗，而且铂丝的价格相对昂贵1。 针对以上的不足，近年来许多文 献提出了焰色反应的实验改进。通过对 文献资料进行筛选整合，选取其中几种 方法进行试验，发现都取得较好的实验 效果，但是这些改进实验仍或多或少存 在一些不足，现将其整理如表 1 所示。 综合教材的实验和上述几种改进 实验的分析，火源对于焰色反应的效果 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 有很大的影，因此，制备一种无毒、 环保、易于保存且火焰颜色接近无色的 火源对实验十分重要。 2 无色火焰的制取 2.1 固体酒精的改进琼脂固 体酒精 固体酒精是一种常见的燃料，由 于其使用方便、无污染、无烟等优点， 因此被广泛用于餐饮业、旅游业和野外 作业等场合。 固体酒精的种类和制作方法有很 多种，但是不能直接选用市场上购买的 固体酒精，因为市面上的固体酒精主要 分为两类：（1）以硬脂酸、氢氧化钠 和石蜡等物质为原材料进行制备。该固 体酒精含有的钠元素对火焰颜色造成干 扰，无法使用。 （2）以硝化纤维为原材 料进行制备。由于硝化纤维具有一定的 危险性，因此不推荐使用6。 实验室常见制备固体酒精的方法 是使用醋酸钙作为固化剂，利用醋酸钙 在酒精和水中溶解度不同的原理进行制 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 备，如李明立等7曾使用这种固体酒精， 但是醋酸钙制备的固体酒精中含有钙元 素，对其他元素的焰色造成一定的干扰。 因此，我们应当选择一种对火焰颜色无 影响且绿色环保的固化剂来代替醋酸钙。 琼脂就是一种很好的选择。 琼脂是一种常见的食品增加剂， 由于其具有凝固性和稳定性，常被用作 凝固剂、稳定剂和保鲜剂，因此，琼脂 可以代替醋酸钙作为固化剂。由于琼脂 很难燃烧，制成的琼脂固体酒精在燃烧 时不会有颜色干扰8，并且琼脂固体酒 精在燃烧时不冒黑烟，没有异味，是一 种环保型的固体酒精。 综合上述的分析，琼脂固体酒精 是作为焰色反应的一种理想火源。 2.2 固体酒精燃烧方式的改进 固体酒精在燃烧时需要放置在表 面皿等仪器中。经文献研究，一般盛放 固体酒精的仪器分为三大类：（1）玻 璃制品，如表面皿、玻璃片等。这些仪 器含有钠元素，对火焰颜色会造成干扰。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 （2）陶瓷制品，如蒸发皿、坩埚等。 这些仪器同样含有钠元素。 （3）石棉网。 石棉网是由石棉纤维制作而成的，含有 钙元素，对火焰颜色也造成影响。为了 排除这些载体对琼脂固体酒精的干扰， 在实验操作过程中直接使用固体酒精灼 烧金属盐粉末，如图 1 所示。 金属盐粉末放置在下层，琼脂固 体酒精放置在金属盐表面进行燃烧。这 样操作有以下 3 个优点：（1）金属盐 粉末将琼脂固体酒精与表面皿进行隔离， 可以排除载体仪器对火焰的影响。 （2） 固体酒精燃烧后是块状的，所以实验结 束后可以用镊子将燃烧后的固体酒精取 走，剩余的金属盐可以反复地进行实验， 体现绿色化学的思想。 （3）由于是直接 用火焰燃烧金属盐，所以金属元素的焰 色特别深，效果明显。 3 焰色反应的改进实验 3.1 实验仪器与试剂 仪器：三角架、石棉网、酒精灯、 火柴、表面皿、10mL 量筒、镊子、托 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 盘天平、药匙、玻璃棒、烧杯 试剂：蒸馏水、琼脂、无水乙醇、 碳酸锂、氯化钠、溴化钾、氯化钙、氯 化钡、氯化锶、氯化铜 3.2 琼脂固体酒精的制备 （1）用托盘天平称量 0.2g 的琼 脂，并将称量的琼脂倒入烧杯中。 （2）用量筒量取 10mL 的蒸馏 水，并倒入到装有琼脂的烧杯中。 （3）将装有琼脂和蒸馏水的烧 杯置于石棉网上加热，至琼脂完全熔化。 （4）用量筒量取 10mL 无水乙 醇，并倒入到熔化的琼脂中。 （5）停止加热，冷却一段时间 后，即可得到固体酒精。 乙醇的火焰理论上应当是淡蓝色 的，但是酒精灯的火焰却是呈黄色的， 其原因是由于碳粒子激发出黄色光。那 么为了得到淡蓝色的火焰，就要消除温 度较高的碳粒子所激发的黄光。因此， 在制备琼脂固体酒精时要加入一定量的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 蒸馏水来减少乙醇在单位时间内的燃烧 量，从而避免碳粒子在高温区出现9。 蒸馏水和乙醇的比例多少才适宜？ 如果当蒸馏水与乙醇的比例较高时固体 酒精无法点燃，当比例较低时乙醇的火 焰对金属的焰色又造成干扰。为了达到 最好的效果，通过制备不同体积比的琼 脂固体酒精进行比较，如表 2 所示。 从表 2 的数据可以看出，当蒸馏 水与乙醇的体积比为 1：1 或 1.25：1 的 时候，火焰的焰色为淡蓝色。因此，本 文在制备琼脂固体酒精时分别加入 10mL 蒸馏水和 10mL 无水乙醇（水醇 比为 1：1） 。 3.3 焰色反应的操 作 （1）取适量的溴化钾固体置于 表面皿中，并在溴化钾固体的表面加入 适量的琼脂固体酒精。 （2）点燃固体酒精。观察到琼 脂固体酒精燃烧时，火焰与溴化钾固体 接触面积较大，在不需要通过蓝色钴玻 璃的情况下也能很清楚地观察到火焰颜 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 色为紫色。 （3）更换其他的金属盐，重复 上述实验，并记录各种金属元素的焰色。 4 总结与评价 琼脂固体酒精是一种环保型的固 体酒精，使用它进行焰色反应实验具有 以下几点优点：（1）不需要昂贵的铂 丝，实验成本较低；（2）琼脂固体酒 精燃烧时，火焰呈淡蓝色，可见度高， 焰色反应面积大；（3）不用透过蓝色 钴玻璃片即可很好地观察钾元素的焰色 反应；（4）教师可以提前制备好固体 酒精（固体酒精在密封的条件下可以保 存较长的时间） ，在做演示实验时直接 取出使用，简化实验操作；（5）固体 酒精完全燃烧后，可用镊子直接取出， 剩余的金属盐可以直接回收重复利用 （因为焰色反应是由于金属元素的电子 发生跃迁而产生的，是元素的物理性质， 并非发生化学变化） ，体现出绿色化学 的思想；（6）琼脂是生活中常见的凝