焰色反应实验改进

焰色反应实验改进

课程名称：中学化学实验教学论

小组成员：陈焱焱蔡燕洁李美玲

阙如文高吕彬

指导老师：实验时间：2017年4月28日

焰色反应实验选自人教版高中化学必修1第三章金属及其化合物第二节几种重要的金属化合物第三小节盐。该节根据将蘸有某种金属盐溶液的铂丝在酒精灯外焰燃烧会出现特殊的火焰颜色，并且不同的金属盐溶液燃烧所呈现的火焰颜色不同，由此得出一种新的检验金属元素的方法。但是，在实际的操作中按照教材的实验操作很难得到良好的演示效果，主要的问题有：

1.现象观察问题

教材中的实验在实际操作中很难得到明显的现象。一来酒精灯的火焰本身带有黄色，会给实验现象观察带来干扰；二来铂丝上蘸取的金属盐溶液量极少，金属的焰色出现的时间较短，增加现象观察的难度。

2.趣味性问题

教材中的实验采取将蘸有金属盐溶液的铂丝直接在酒精灯火焰上燃烧，然后观察现象。实验单调，缺乏趣味性，难以调动学生的积极性，促使学生主动学习。

3.成本问题

铂丝价格昂贵，实验成本高，不适合资源较为匮乏的学校开展实验。另外，铂丝也不是该实验中必不可少的，完全可以被其他经济适用的材料或实验方法代替。

二、问题解决设想（思路）

基于以上存在的三方面的问题，我们实验小组提出以下解决方案：

1.解决现象观察问题

实验中的火焰原色对于焰色的观察造成很大影响而且消除干扰的方式不多。实验中避免使用玻璃仪器可防止其中的微量钠干扰火焰颜色。有实验者使用甲醇作为燃料。甲醇在燃烧时火焰颜色可接近无色，是较乙醇更为理想的焰色反应燃料[1]。然而甲醇易挥发且对人体有一定的毒性，所以一般实验中还是更倾向于使用乙醇作为燃料，甲醇需酌情添加。

此外，铂丝蘸取剂量小，所以燃料与待测金属离子溶液燃烧产生焰色的观察时间十分短。可以使用承装容器承载燃料与待测金属离子的混合溶液用作燃烧。所以像瓷坩埚和蒸发皿这类的大口径容器可以用来承装较多试剂，使燃烧持续时间更长，更好地进行观察。

2.解决趣味性问题

趣味性方面，前辈们曾想过许多方法改进实验的所用仪器和表现方式，使得实验更有趣味性和观赏性。日常生活中我们常常使用喷雾瓶包装的产品，它有一定的容量而且可以人工控制喷出液体的剂量。焰色反应中可使用喷雾瓶盛装待测金属离子溶液，向燃烧的火焰喷射。这样产生的有色火焰体积大而且会很明显，利于观察。学生在观看的过程中能被喷雾产生各色火焰的操作吸引，从而提升了实验趣味性。

在《具有观赏性的焰色反应演示实验》[2]一文中提出用喷壶盛装金属盐的甲醇溶液进行颜色反应的演示实验。当喷向酒精灯火焰时,可产生壮观的彩色火球，在报告厅这种远距离观赏的情况下仍然十分清晰明显。这种极具表演性的改进使得焰色反应趣味性得到提升，而且也强烈吸引观众的注意，具有良好的展示效果和教育作用。不过由于试剂是喷洒出的而且实验中有火焰，实际教学中应当谨慎操作，并且远离可燃易爆物品，与学生们也必须保持安全距离。

3.解决成本问题

铂丝成本较高，故而需要价格相对低廉的材料作为替代品。到目前为止，已有许多专家学者在这方面进行了研究，提出了一系列的改进方案。李湘苏在《对焰色反应实验的改进》[3]一文中提出，用焦炭代替铂丝作为基体，利用焦炭的吸附特性，吸附燃料乙醇以及待测金属离子溶液进行实验。这样可以重复利用，并将大

大缩减所需成本。

此外也有使用滤纸、石棉线、喷雾瓶等替代铂丝的，从成本上看这些都是不错的替代方式。

三、实验设计方案

【实验原理】

金属焰色反应是金属离子定性鉴定方法之一，其生色原理是现代光谱分析的基础。现行的普通化学、无机化学、分析化学、甚至中学化学实验教材中，都有金属焰色反应的内容。使用乙醇燃烧法改进焰色反应不仅实验器材和药品容易获取、操作上简易可行，而且效果明显。但是无水乙醇和饱和盐溶液的配比不同将影响实验效果。当无水乙醇和饱和盐溶液的配比太低时将无法点燃，而比例过高是无水乙醇的燃烧火焰又会对金属焰色产生干扰。因此，在实验开始前，探究无水乙醇和饱和盐溶液的最佳配比将对探究不对呈现方式对火焰效果的影响奠定坚实的基础。

在最佳配比下，以乙醇燃烧法为基础的焰色反应可以通过不同的方式呈现，如直接在反应容器中点燃、将溶液转化为喷雾的形式点燃或将溶液转移到易燃载体上点燃。不同的呈现反应，火焰的颜色、大小和时间均不相同。因此，本实验将在前人的基础上，继续探究不同的呈现方式对焰色反应火焰的影响，从而发现一种最佳的呈现方式。

【仪器及药品】

仪器：坩埚、蒸发皿、喷雾器、灯壶、石棉、石棉绳、普通滤纸、250mL、100mL 和50mL烧杯、镊子、火柴

药品：饱和CaCl

2溶液、饱和KCl溶液、饱和CuCl

2

溶液、无水乙醇、浓硝酸、

浓硫酸

【实验装置】（略）

【实验内容及步骤】

1.探究无水乙醇和饱和盐溶液的比例对火焰效果的影响[4]

设置无水乙醇：饱和盐溶液的比例为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、7:3、8:2、9:1。

取干净的坩埚，向其中加入如下表所示的待测金属盐饱和溶液和无水乙醇，

2.探究不同呈现方式对焰色反应的影响

经上述探究，我们可得到无水乙醇和饱和盐溶液的最佳配比，并使用此配比进行如下探究实验。

（1）使用坩埚作为反应容器

取干净的坩埚，向其中加入5mL最佳配比的无水乙醇和饱和盐溶液的混合溶液，用干净的玻璃棒搅拌混匀，点燃。观察火焰效果（高度、颜色是否明显），并且记录火焰持续的时间。

（2）使用蒸发皿作为反应容器

取干净的蒸发皿，向其中加入5mL最佳配比的无水乙醇和饱和盐溶液的混合溶液，用干净的玻璃棒搅拌混匀，点燃。观察火焰效果（高度、颜色是否明显），并且记录火焰持续的时间。

（3）喷雾器法

取5mL最佳配比的无水乙醇和饱和盐溶液的混合溶液，充分搅拌后转移到喷雾器中。

把喷雾器的嘴部对准酒精灯火焰上方进行喷射。观察火焰效果（高度、颜色是否明显），并且记录火焰持续的时间。

注意：不要在进行喷射的时候将喷口对着别人。

（4）酒精灯点燃法

取5mL最佳配比的无水乙醇和饱和盐溶液的混合溶液，充分搅拌后转移到空灯壶中。

在酒精灯后放置黑色背景板，点燃酒精灯，观察火焰效果（高度、颜色是否明显），并且记录火焰持续的时间。

（5）直接滴加法

取一个坩埚，将坩埚盖倒置在坩埚上。用镊子取一块事先裁剪好的石棉放在坩埚盖上。加入2.5mL无水乙醇溶液，直至石棉吸满乙醇溶液。点燃石棉。在坩埚盖上滴加2.5mL饱和盐溶液。观察火焰效果（高度、颜色是否明显），并且记录火焰持续的时间。

（6）石棉绳法

取5m L最佳配比的无水乙醇和饱和盐溶液的混合溶液，充分搅拌后转移到50mL小烧杯中，把石棉绳的一端浸入约1cm-2cm，取出，用火柴点燃，观察火焰效果（高度、颜色是否明显），并且记录火焰持续的时间。

（7）焰色试纸法

将过滤用的普通滤纸裁成能放入烧杯中的纸片备用。

配制混酸：向干燥的250mL烧杯中加入50mL浓硝酸，并放入冰水浴中，再沿玻璃棒将50mL浓硫酸慢慢注入浓硝酸中，同时不断搅拌，形成混酸，直到混酸达到室温为止。

将裁好的滤纸分张浸没在混酸中，使每片滤纸保持分离状态，浸泡

10-15min，当滤纸片变成半透明状时即成纤维素硝酸酯。然后将滤纸片从混酸中转移到成蒸馏水的烧杯中漂洗数次，取出放在两层吸水纸之间挤压至看不到明显