化学课件——焰色反应

焰色反应

焰色反应是某些金属或它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征的颜色的反应.灼烧金属或它们的挥发性化合物时,原子核外的电子吸收一定的能量,从基态跃迁到具有较高能量的激发态,激发态的电子回到基态时,会以一定波长的光谱线的形式释放出多余的能量,从焰色反应的实验里所看到的特殊焰色,就是光谱谱线的颜色.每种元素的光谱都有一些特征谱线,发出特征的颜色而使火焰着色,根据焰色可以判断某种元素的存在.如焰色洋红色含有锶元素,焰色玉绿色含有铜元素,焰色黄色含有钠元素等.

焰色反应

钠Na 锂Li 钾K 铷Rb 铯Cs 钙Ca 锶Sr 铜Cu 钡Ba

黄紫红浅紫紫紫红砖红色洋红绿黄绿钠———钾———钙———钡———锶———铜———锂———铷

黄色—浅紫色—砖红色—黄绿色—洋红色—绿色——紫红色—紫色

用石棉绳醮取待测金属离子的甲醇溶液直接点燃进行焰色反应实验，操作简便，现象明显。1．准备

普通石棉绳一根（约50cm）、火柴、金属的盐酸盐或硝酸盐、试剂瓶、50mＬ小烧杯、剪刀。

2．方法及步骤

（1）分别将几种准备进行焰色反应的金属盐酸盐或硝酸盐配成甲醇的饱和溶液于试剂瓶中，备用。

（2）取20mL～30mL需要进行焰色反应的金属盐酸盐或硝酸盐分别置于50mL小烧杯中，把石棉绳的一端浸入约1cm～2cm，取出，用火柴点燃，即可明显地观察到该金属离子的焰色。

3．方法特点

（1）该方法的燃料为甲醇，它的火焰颜色很淡，对金属离子焰色的观察干扰小。

（2）石棉是一种耐火材料，实验时，它只是作为燃料载体，本身并不燃烧，因而其实验效果明显好于脱脂棉或滤纸等可燃物作燃料载体。

（3）火焰较高，焰色较纯，燃烧时间较长，便于观察。

4．注意事项

（1）试剂瓶中剩余溶液可用石蜡将瓶口封住，防止甲醇挥发，可再用。

（2）观察钾离子焰色时，需透过蓝色钴玻璃，现象更明显。

焰色反应是指某些金属及其化合物在灼烧时使火焰呈现出一定颜色的反应，由于观察火焰颜色的变化，所以怎样制取浅蓝色的背景火焰，以及延长焰色反应的时间是当前该实验改进的两在焦点。

现行教参介绍用煤气灯或酒精喷灯来提供蓝色火焰。但由于煤气的供给困难和酒精喷灯的燃烧噪音，它们都不受欢迎。赵雷介绍了用点燃甲醇的方法来获得蓝色火焰，但甲醇的毒性和易挥发性使教师们不乐意使用。有人用点燃无水酒精来制取蓝色火焰；而有人却用点燃60°白酒来提供蓝色火焰，除用甲醇的燃烧肯定得到蓝色火焰外，其余的方法都有失败的可能。

一般的火焰是指扩散火焰，如蜡烛、酒精灯的火焰。它们的火焰一般分为四个区。如蜡烛的火焰分为：

①紧靠烛芯的暗区。

②接着是C2和CH区；C2激发绿色火焰，CH激发紫色火焰。

③中间是发光区，碳粒子激发出黄色光。

④蓝色主反应区，在火焰下半部的最外层。

可见，要得到蓝色火焰，就要想办法消除温度较高的碳粒子所激发的黄光，也就是要让燃料气化后的气体迅速完全燃烧，避免碳粒子在高温区出现。这样，我们可以采用两种措施：①减少燃料气化后的气体燃烧时单位时间内的燃烧量；②在燃料气中混入氧气。根据这个原理，我们进行了如下实验：

一、用坩埚和酒精进行焰色反应

（一）浅蓝色火焰的制取

取干净的瓷质坩埚（30mL，上口内径为38mm，内高43mm），放在石棉网（或木板）上，揭开盖子，倒入10mL各种浓度的酒精溶液，点火并观察火焰。

1．用化学纯乙醇和蒸馏水进行试难。实验结果表明，在30℃时，用52%至60%的酒精溶液作燃料，得到纯的浅蓝色火焰。

2．用工业酒精和井水进行试验。实验结果表明，在28℃时，用52%至61%的工业酒精溶液作燃料，也得到纯的浅蓝色火焰。

在酒精中加水后，在一定温度下，乙醇在坩埚中的单位时间内的挥发量减少，相当于参加燃烧的氧气增多，使燃烧能迅速达到完全，得到浅蓝色火焰。燃烧开始后，液面由于缺氧而存在无火焰空间，空气从此被吸入并和乙醇蒸气混合，经烧热的坩埚壁加热，混合气体膨胀，与外界空气的接触面增大；并且溶液中乙醇的浓度逐步变小，尽管溶液的温度会升高，从而使溶液的蒸发量增多。但综合的结果，仍能继续得到浅蓝色火焰，直至火焰熄灭为止。由此可见，蓝色火焰的产生不但与酒精浓度和用量有关，而且与室温及容器的大小有关。人们重复一些实验，失败的原因在于没有注意到容器的大小及室温对火焰的影响。

以上实验证明，蓝色火焰的取得与酒精的纯度等级无关。因此，可用井水和工业酒精配成的溶液进行焰色反应。这对节约实验经费和方便准备实验都具有较大的现实意义。

（二）焰色反应的演示

传统的方法是用电炉丝等丝状物来蘸取盐的溶液或粉末，在蓝色火焰上灼烧。由于灼烧的盐量较少，焰色反应的色斑较少，且持续时间较短，只适用于学生分组实验。我把盐粉（约0.5g）直接投入到燃着的坩埚中，利用酒精溶液中的水把盐溶解；再用镊子夹住坩埚、振荡，使盐随溶液上升到坩埚内壁的上端，经烧烫的坩埚壁加热、火焰灼烧，就能得到6至10cm 高、有明显特征颜色火焰；火焰的焰色保持的时间比传统的方法延长了五倍多，达到10～20秒；是一个很好的演示实验。

二、用酒灯进行焰色反应

（一）学生实验

一般的教科书都采用酒精灯来做焰色反应，但对蓝色火焰的获得方法避而不谈，导致大家做这个实验都不成功。有人介绍“如用酒精灯，应尽是采用未被污染的灯芯和纯度较高的

酒精”。这显然是片面的。纯度越高的酒精越易挥发，越难迅速完全燃烧，燃烧的火焰中发光碳就越多，黄色光斑就越大。

酒精灯的酒精挥发量是由室温和灯芯的材料、粗细以及高低决定的。当选定酒精灯后，只需调整灯芯的高度，就能达到控制酒精挥发量的目的。我选用一盏用棉纱做灯芯的酒精灯，在30℃的室温下进行试验。先点燃酒精灯，灯焰高达6cm，其中黄色火焰占95%以上；然后用镊子把灯芯不断往下压送，随着灯芯的压低，火焰也变低，蓝色火焰所占比例越来越大。到灯芯平灯头时，火焰降到1.5cm高，蓝色火焰占90%以上。这时做实验就能得到良好的效果。若把灯芯压到灯头口下5mm处时，就能得到5mm高的纯蓝色火焰，。这时做焰色反应，仍能得到明显的实验现象。我改用脱脂棉做灯芯的酒精灯做上述实验，也取得了成功。

由于酒精蒸气的扩散速率、密度与温度有关。故在室温较低时，应点燃灯芯，预热灯头。气温为19℃时，预热三分钟灯头后再调整灯芯，也能得到理想的火焰。

（二）用双焰酒精灯做演示实验

1．实验装置。

如图一所示：A为铜片做成的套筒；B为风孔（共六个）；C为瓷质的灯头。

2．工作原理。

点燃酒精灯后，把套筒罩在灯头上，套筒被烧热。空气从套筒下端的空隙和风孔进入套筒内：一部分供灯芯处的乙醇进行有限量的燃烧，提供部分热源；一部分与未燃烧的酒精灯蒸气混合，被加热后从顶端流出，由于酒精灯蒸气与空气混合后被加热，它的温度升高、体积增大，点燃时跟外界空气的接触面也增大；燃烧也能迅速达到完全，故能得到蓝色火焰。套筒顶的气体燃烧放热，又通过筒壁传给混合气，形成良性循环。

3．操作：

（1）调整灯芯：点上双焰后，如得黄色火焰，应把灯芯往下压送，使原灯焰的高度在35～40mm之间，直至罩上套筒后，点火得到蓝色火焰为止。

（2）调节通风量：如果蓝色火焰过低，说明通风量过小，宜增加风孔数目；如果火焰出现离焰现象，说明通风量过大。本试验出离焰现象，经用小号木螺钉塞掉两个风孔后，得到35mm高的蓝色火焰，火焰很稳定。

（3）进行焰色反应。我用打孔器的小铁管来蘸取浆状的盐水混合物，在灯焰上灼烧，得到35mm高的焰火，焰色反应可持续20秒，现象很明显，适用于演示实验。

三、在家庭做焰色反应

在家庭用煤气灶或石油液化气灶直接得到蓝色火焰；也可用低灯芯的煤油灯或烛芯很小的蜡烛来制取蓝色占70%以上的火焰。再用细铁丝蘸取盐溶液在蓝色火焰上灼烧，就能进行焰色反应。

焰色反应效果改进实验

碱金属元素的焰色反应实验，现行教材是用铂丝蘸取检测液在酒精灯上灼烧观察。由于铂丝蘸取溶液很少，焰色反应很快消失，学生不易看清，特别是用蓝色钴玻璃观察钾更困难。若改用同时点多盏焰色反应灯，能长时间观察金属的焰色反应。可废物利用将青霉素药瓶制作成焰色反应灯。由于酒精灯用乙醇做燃料，而乙醇火焰带黄色，对焰色有严重干扰。将燃