焰色反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

李健榮

摘要：中學(xué)化學(xué)教材中的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)存在操作繁瑣、鉀元素焰色不明顯等缺點(diǎn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)探究對(duì)該實(shí)驗(yàn)作了改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)采用瓊脂制備的固體酒精作為火源直接灼燒金屬鹽的方法，可以排除酒精燈黃色外焰的影響；增大火焰與試樣的接觸面積，具有良好的焰色反應(yīng)效果。

關(guān)鍵詞：焰色反應(yīng)；瓊脂；固體酒精；接觸面積；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2016）12–0059–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題提出

焰色反應(yīng)是指某些金屬或它們的化合物在灼燒時(shí)使火焰呈現(xiàn)特殊顏色的反應(yīng)，是檢驗(yàn)金屬元素的重要方法。但是在實(shí)際操作中按照教材的實(shí)驗(yàn)方法很難得到良好的演示效果，其主要原因有以下幾點(diǎn)：（1）使用酒精燈灼燒時(shí)，產(chǎn)生的火焰呈現(xiàn)黃色，在客觀上會(huì)對(duì)其他金屬離子的檢驗(yàn)造成干擾；（2）觀察鉀元素焰色需要通過藍(lán)色鈷玻璃，而且觀察的視線需要一定的角度；（3）用鉑絲或鐵絲蘸取的金屬鹽溶液量少，金屬離子的焰色持續(xù)時(shí)間短；（4）該實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)前后鉑絲都要進(jìn)行清洗，而且鉑絲的價(jià)格相對(duì)昂貴[1]。

針對(duì)以上的不足，近年來許多文獻(xiàn)提出了焰色反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。通過對(duì)文獻(xiàn)資料進(jìn)行篩選整合，選取其中幾種方法進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)都取得較好的實(shí)驗(yàn)效果，但是這些改進(jìn)實(shí)驗(yàn)仍或多或少存在一些不足，現(xiàn)將其整理如表1所示。

綜合教材的實(shí)驗(yàn)和上述幾種改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的分析，火源對(duì)于焰色反應(yīng)的效果有很大的影響，因此，制備一種無毒、環(huán)保、易于保存且火焰顏色接近無色的火源對(duì)實(shí)驗(yàn)十分重要。

2 無色火焰的制取

2.1 固體酒精的改進(jìn)——瓊脂固體酒精

固體酒精是一種常見的燃料，由于其使用方便、無污染、無煙等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于餐飲業(yè)、旅游業(yè)和野外作業(yè)等場合。

固體酒精的種類和制作方法有很多種，但是不能直接選用市場上購買的固體酒精，因?yàn)槭忻嫔系墓腆w酒精主要分為兩類：（1）以硬脂酸、氫氧化鈉和石蠟等物質(zhì)為原材料進(jìn)行制備。該固體酒精含有的鈉元素對(duì)火焰顏色造成干擾，無法使用。（2）以硝化纖維為原材料進(jìn)行制備。由于硝化纖維具有一定的危險(xiǎn)性，因此不推薦使用[6]。

實(shí)驗(yàn)室常見制備固體酒精的方法是使用醋酸鈣作為固化劑，利用醋酸鈣在酒精和水中溶解度不同的原理進(jìn)行制備，如李明立等[7]曾使用這種固體酒精，但是醋酸鈣制備的固體酒精中含有鈣元素，對(duì)其他元素的焰色造成一定的干擾。因此，我們應(yīng)當(dāng)選擇一種對(duì)火焰顏色無影響且綠色環(huán)保的固化劑來代替醋酸鈣。瓊脂就是一種很好的選擇。

瓊脂是一種常見的食品增加劑，由于其具有凝固性和穩(wěn)定性，常被用作凝固劑、穩(wěn)定劑和保鮮劑，因此，瓊脂可以代替醋酸鈣作為固化劑。由于瓊脂很難燃燒，制成的瓊脂固體酒精在燃燒時(shí)不會(huì)有顏色干擾[8]，并且瓊脂固體酒精在燃燒時(shí)不冒黑煙，沒有異味，是一種環(huán)保型的固體酒精。

綜合上述的分析，瓊脂固體酒精是作為焰色反應(yīng)的一種理想火源。

2.2 固體酒精燃燒方式的改進(jìn)

固體酒精在燃燒時(shí)需要放置在表面皿等儀器中。經(jīng)文獻(xiàn)研究，一般盛放固體酒精的儀器分為三大類：（1）玻璃制品，如表面皿、玻璃片等。這些儀器含有鈉元素，對(duì)火焰顏色會(huì)造成干擾。（2）陶瓷制品，如蒸發(fā)皿、坩堝等。這些儀器同樣含有鈉元素。（3）石棉網(wǎng)。石棉網(wǎng)是由石棉纖維制作而成的，含有鈣元素，對(duì)火焰顏色也造成影響。為了排除這些載體對(duì)瓊脂固體酒精的干擾，在實(shí)驗(yàn)操作過程中直接使用固體酒精灼燒金屬鹽粉末，如圖1所示。

金屬鹽粉末放置在下層，瓊脂固體酒精放置在金屬鹽表面進(jìn)行燃燒。這樣操作有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）金屬鹽粉末將瓊脂固體酒精與表面皿進(jìn)行隔離，可以排除載體儀器對(duì)火焰的影響。（2）固體酒精燃燒后是塊狀的，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可以用鑷子將燃燒后的固體酒精取走，剩余的金屬鹽可以反復(fù)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)綠色化學(xué)的思想。（3）由于是直接用火焰燃燒金屬鹽，所以金屬元素的焰色特別深，效果明顯。

3 焰色反應(yīng)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

儀器：三角架、石棉網(wǎng)、酒精燈、火柴、表面皿、10mL量筒、鑷子、托盤天平、藥匙、玻璃棒、燒杯

試劑：蒸餾水、瓊脂、無水乙醇、碳酸鋰、氯化鈉、溴化鉀、氯化鈣、氯化鋇、氯化鍶、氯化銅

3.2 瓊脂固體酒精的制備

（1）用托盤天平稱量0.2g的瓊脂，并將稱量的瓊脂倒入燒杯中。

（2）用量筒量取10mL的蒸餾水，并倒入到裝有瓊脂的燒杯中。

（3）將裝有瓊脂和蒸餾水的燒杯置于石棉網(wǎng)上加熱，至瓊脂完全熔化。

（4）用量筒量取10mL無水乙醇，并倒入到熔化的瓊脂中。

（5）停止加熱，冷卻一段時(shí)間后，即可得到固體酒精。

乙醇的火焰理論上應(yīng)當(dāng)是淡藍(lán)色的，但是酒精燈的火焰卻是呈黃色的，其原因是由于碳粒子激發(fā)出黃色光。那么為了得到淡藍(lán)色的火焰，就要消除溫度較高的碳粒子所激發(fā)的黃光。因此，在制備瓊脂固體酒精時(shí)要加入一定量的蒸餾水來減少乙醇在單位時(shí)間內(nèi)的燃燒量，從而避免碳粒子在高溫區(qū)出現(xiàn)[9]。

蒸餾水和乙醇的比例多少才適宜？如果當(dāng)蒸餾水與乙醇的比例較高時(shí)固體酒精無法點(diǎn)燃，當(dāng)比例較低時(shí)乙醇的火焰對(duì)金屬的焰色又造成干擾。為了達(dá)到最好的效果，通過制備不同體積比的瓊脂固體酒精進(jìn)行比較，如表2所示。

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)蒸餾水與乙醇的體積比為1：1或1.25：1的時(shí)候，火焰的焰色為淡藍(lán)色。因此，本文在制備瓊脂固體酒精時(shí)分別加入10mL蒸餾水和10mL無水乙醇（水醇比為1：1）。

3.3 焰色反應(yīng)的操作

（1）取適量的溴化鉀固體置于表面皿中，并在溴化鉀固體的表面加入適量的瓊脂固體酒精。

（2）點(diǎn)燃固體酒精。觀察到瓊脂固體酒精燃燒時(shí)，火焰與溴化鉀固體接觸面積較大，在不需要通過藍(lán)色鈷玻璃的情況下也能很清楚地觀察到火焰顏色為紫色。

（3）更換其他的金屬鹽，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，并記錄各種金屬元素的焰色。

4 總結(jié)與評(píng)價(jià)

瓊脂固體酒精是一種環(huán)保型的固體酒精，使用它進(jìn)行焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）不需要昂貴的鉑絲，實(shí)驗(yàn)成本較低；（2）瓊脂固體酒精燃燒時(shí)，火焰呈淡藍(lán)色，可見度高，焰色反應(yīng)面積大；（3）不用透過藍(lán)色鈷玻璃片即可很好地觀察鉀元素的焰色反應(yīng)；（4）教師可以提前制備好固體酒精（固體酒精在密封的條件下可以保存較長的時(shí)間），在做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)直接取出使用，簡化實(shí)驗(yàn)操作；（5）固體酒精完全燃燒后，可用鑷子直接取出，剩余的金屬鹽可以直接回收重復(fù)利用（因?yàn)檠嫔磻?yīng)是由于金屬元素的電子發(fā)生躍遷而產(chǎn)生的，是元素的物理性質(zhì)，并非發(fā)生化學(xué)變化），體現(xiàn)出綠色化學(xué)的思想；（6）瓊脂是生活中常見的凝固劑，廣泛用于制造果凍、冰淇淋、糕點(diǎn)、軟糖、涼拌食品等食品。使用瓊脂作為實(shí)驗(yàn)材料，體現(xiàn)了從生活中學(xué)習(xí)化學(xué)，用化學(xué)指導(dǎo)生活的思想；（7）瓊脂固體酒精的配方中，原料組分少，工藝制作簡單，原材料來源廣泛、造價(jià)低，而且一次性制取后，密封保存可以多次使用。

參考文獻(xiàn)：

[1][3]林綺玲.“焰色反應(yīng)”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2010，（6）：47～49.

[2][9]張幫程.用“噴霧法”在“廢舊石棉網(wǎng)”上演示焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)[J].化學(xué)教學(xué)，2009，（6）：20～21.

[4]高鳳梅，于清江，武劍.鉀元素焰色反應(yīng)的新方法[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2007，（1）：65.

[5]張喜恒.焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015，（6）：23.

[6]張忠誠.固體酒精制備工藝的研究[J].山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，30（6）：263～268.

[7][8]李明立，曹廣雪.利用固體酒精進(jìn)行的焰色反應(yīng)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2013，（12）：29.

[10]項(xiàng)云梅.焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015，（8）：57.