焰色試驗創(chuàng)新 論文

焰色試驗創(chuàng)新摘要：化學學科是在實驗的基礎上形成和發(fā)展的，化學學科的發(fā)展離不開化學實驗的發(fā)展，在高中化學教學中，化學實驗教學起著不可替代的重要作用，對高中教材中的一些實驗進行創(chuàng)新和改進，可以使化學實驗變得貼近生活、操作簡單、生動有趣，從而達到更好的教學效果。焰色試驗是高中化學的一個重要實驗，本文從焰色試驗的歷史和原理切入，總結了傳統(tǒng)實驗的操作和缺點，對實驗進行了針對性的改進設計，盡可能利用生活中的材料和藥劑，使得實驗材料簡單易得，現象明顯，操作方便，更有利于課堂教學和激發(fā)學生學習化學的興趣。關鍵詞：焰色試驗，歷史和原理，焰色試驗創(chuàng)新引言：焰色試驗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或其化合物進行灼燒，火焰會因為金屬元素種類不同，而呈現出不同的顏色，從而判斷金屬元素種類的定性試驗方法，也是與生活息息相關的化學實驗。傳統(tǒng)的實驗裝置需要使用鉑絲或潔凈無銹的鐵絲蘸取少量樣品，在酒精燈外焰上灼燒，操作繁瑣，現象不明顯，急需進行創(chuàng)新改進。一、焰色試驗的歷史和原理1．歷史人教版高中化學新教材中的焰色試驗一般指焰色反應，也稱作焰色測試，是一種古老的定性分析法，中國南北朝時期的古典書籍《本草經集注》中就記載過：“以火燒之，紫青煙起，乃真硝石也”。1741年瑞典人波特發(fā)現了硼砂的酒精溶液燃燒時會呈現綠色的火焰，從而發(fā)現了檢查硼元素的特征反應。德國化學家馬格拉夫在1762年發(fā)現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，利用焰色反應鑒別鈉鹽和鉀鹽就成為了常用手段了。后來人們又發(fā)現了銅鹽呈藍綠色、鋰鹽呈紫紅色，到了19世紀中期，德國化學家羅伯特.威廉.本生設計制造了利用煤氣作為燃料，燃燒時火焰幾乎無色的本生燈，并利用這種燈來研究各種鹽類在火焰中呈現出不同焰色的現象，并創(chuàng)造性的利用藍色玻璃和靛藍溶液作為濾鏡觀察火焰顏色，我們現在使用藍色鈷玻璃觀察鉀的焰色試驗也來源于此。本生在另一位德國物理學家古斯塔夫.羅伯特.基爾霍夫的幫助下，開創(chuàng)了分析化學的一個重要分支：“光譜分析”。后來，他們又陸續(xù)發(fā)現了新元素銫和銣，實現了通過觀察光譜對元素進行定性分析檢驗，為天體化學的研究打下了堅實的基礎。2．原理焰色試驗是物理變化，當金屬及其鹽在火焰上灼燒時，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，同時將多余的能量以光的形式釋放出來，不同原子結構的金屬，其電子躍遷時的能量變化就不同，從而會發(fā)出不同波長的光，而使火焰呈現出不同的顏色。二、傳統(tǒng)實驗裝置1．操作把熔嵌在玻璃棒上的鉑絲或潔凈無銹的鐵絲（實驗室中一般都有專用的金屬棒，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火焰的顏色相同，再用鉑絲（或鐵絲）蘸取待測樣品溶液，在外焰上灼燒，觀察火焰顏色。實驗結束后，將鉑絲（或鐵絲）用鹽酸洗凈，在外焰上灼燒與原來火焰的顏色相同，以備下次實驗使用。2．缺點（1）鉑絲價格昂貴，使用壽命短，反復彎曲、灼燒下容易折斷；鐵絲易于鹽酸反應，容易損耗；（2）操作復雜，耗時較長，每次做完實驗都要用鹽酸清洗鉑絲，并在火焰上反復灼燒，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對后續(xù)的實驗造成干擾，整體實驗效果并不好；（3）鉑絲即使繞成螺旋狀，其所能蘸取的樣品溶液也比較少，因此焰色試驗的火焰顏色很難觀察到，特別是鉀元素灼燒時的紫色火焰更不容易觀察，尤其是白天光線較強時，實驗現象的可見度更差。三、焰色試驗創(chuàng)新方案1．“醫(yī)用棉棒”焰色試驗。實驗用品及試劑：醫(yī)用棉棒、醫(yī)用酒精、酒精燈、待測樣品（CuCl固體、KI固體、KCl固體等）實驗操作：將醫(yī)用棉棒用65%～95%的酒精浸潤（酒精濃度不易太低，否則不易燃燒），蘸取待測樣品后，在酒精燈上引燃，即可看到明顯的焰色現象（圖1）。實驗創(chuàng)新：（1）使用醫(yī)用棉棒，價格便宜，簡單易得，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樣品，同時排除了普通酒精燈火焰顏色的干擾，而且燃燒時間更長，更便于課堂展示和學生觀察實驗現象；（3）使用KI固體或KCl固體代替書本實驗方案中的KCO溶液，實驗現象更明顯，而且不用使用藍色鈷玻璃即可觀察到紫色火焰。方案2：“噴霧瓶”焰色試驗。實驗用品及試劑：噴霧瓶、酒精、噴槍、待測樣品（CuCl固體、KCl固體等）實驗操作：將待測樣品溶于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%，否則樣品短時間內無法溶解），將配好的溶液裝入噴霧瓶（實驗發(fā)現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），點燃噴槍，用噴霧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，并且需要朝向無人空曠處），即可看到帶有明顯的焰色現象的火焰噴出。實驗創(chuàng)新：（1）使用日常盛裝化妝品用的噴霧瓶，一方面將化學與生活聯(lián)系起來，另一方面也使樣品容易霧化，同時使用乙醇助燃，可以在點燃后看見絢麗的火焰，容易引起學生共鳴，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，噴槍便于點燃，外焰接近無色，擺脫了酒精燈自身火焰顏色對實驗現象的干擾，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。實驗用品及試劑：家用加濕器或霧化器、酒精、噴槍、待測樣品（CuCl溶液、KCl溶液等）實驗操作：將家用加濕器棉芯用待測液（添加酒精助燃，混合后酒精濃度大約65%左右即可）浸潤，然后組裝霧化頭，打開開關，樣品即會被霧化釋放，然后用點燃的噴槍靠近，即可看見焰色反應現象；也可以使用霧化器，將霧化片直接放入待測液液面上，通電后產生超聲波，即可使樣品霧化，然后用點燃的噴槍靠近，也可看見焰色反應現象。實驗創(chuàng)新：（1）使用生活中的加濕器或霧化器使樣品霧化，體現化學與生活的聯(lián)系，加濕器棉芯可以提前用待測液體浸潤，每次實驗時只要更換棉芯，即可快速進行多組實驗；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，省去了用待測液體浸潤棉芯的時間，同時可以使用充電寶供電，簡單便攜。方案4：“彩虹火焰”焰色試驗。實驗用品及試劑：脫脂棉、酒精、鐵質瓶蓋、待測樣品（CuCl固體、KCl固體、LiCl固體等）實驗操作：把多個拇指大小的脫脂棉團成凹坑狀，凹槽內分別放入待測樣品，并用酒精將棉團和樣品潤濕，將準備好的脫脂棉分別放于鐵質瓶蓋中（實驗中使用的是豆瓣醬和罐頭的瓶蓋，也可以用別的鐵質瓶蓋清洗后代替，注意去除密封塑料膜，防止塑料燃燒而干擾實驗現象觀察），將裝有藥品的瓶蓋一字排開并引燃，即可產生一串各種顏色的“彩虹火焰”焰色反應現象（圖5）圖5“彩虹火焰”焰色試驗實驗創(chuàng)新：可以同時產生多種顏色的焰色反應，像彩虹一樣，可以有效激發(fā)學生學習化學和親自動手設計、完成實驗的興趣，實驗效果明顯；但火焰顏色在白天無法用相機準確捕捉，光線較強時，有些火焰顏色（如鉀的紫色）距離稍遠就難以觀察，在晚上光線較暗時完成該實驗，效果更好。四、總結焰色試驗可以用于創(chuàng)造煙花，給予我們燦爛多姿的夜空；也可以用于探究遙遠星球所蘊含的元素種類，使人類的探究腳步邁向廣袤的宇宙；更可以使我們的化學探究之路充滿色彩和樂趣。一個小小的實驗方案，可以利用生活中常見的用品進行改良，在取得更好實驗效果的同時，也落實了化學學科素養(yǎng)中的科學探究與創(chuàng)新意識，使化學源于課本，高于課本，聯(lián)系生活，展望科技