焰色反應(yīng)的趣味化演示裝置的研制

李明立 曹廣雪

摘要：將化學(xué)上的焰色反應(yīng)、電子的躍遷，地理中的龍卷風(fēng)以及物理中的伯努利原理有機(jī)結(jié)合起來(lái)，用化學(xué)藥品和生活中常見(jiàn)物質(zhì)，通過(guò)一系列模型展示，讓枯燥的原理和知識(shí)清晰可見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：固體酒精;焰色反應(yīng);電子躍遷;龍卷風(fēng);伯努利原理

文章編號(hào)：1008-0546（2019）09-0080-02

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2019.09.025

焰色反應(yīng)是物質(zhì)原子內(nèi)部電子能級(jí)的改變即電子的躍遷，當(dāng)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)釋放能量，從而以光的形式顯現(xiàn)出來(lái)。主要是某些金屬或它們的揮發(fā)性化合物在無(wú)色火焰中灼燒時(shí)使火焰呈現(xiàn)特征顏色的反應(yīng)。是高中化學(xué)必修教材中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，電子的躍遷則是化學(xué)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。

龍卷風(fēng)、空氣渦旋是地理學(xué)中的一種相當(dāng)猛烈的天氣現(xiàn)象，它的形成與低氣壓和旋轉(zhuǎn)之風(fēng)向有關(guān)，溫度差和強(qiáng)對(duì)流是形成龍卷風(fēng)的主要原因。

伯努利原理即流體流速越大的地方壓強(qiáng)越小，龍卷風(fēng)是內(nèi)部空氣流速遠(yuǎn)大于外部空氣流速，此壓力差即為外界提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，從而形成了圓周運(yùn)動(dòng)的離心運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)驗(yàn)的系列改進(jìn)能夠直觀地同時(shí)展示上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

一、簡(jiǎn)易組合演示器

器材：旋轉(zhuǎn)臺(tái)、圓柱形鐵絲網(wǎng)垃圾桶、焊接好的酒精盛放容器、點(diǎn)火器、固定鐵釘。 試劑：95%酒精、飽和醋酸鈣、碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末等。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將95%酒精和飽和醋酸鈣溶液按照5：1混合，倒入四個(gè)容器中，并分別快速在生成的固體酒精中分別加入碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末。

（2）用點(diǎn)火器點(diǎn)燃固體酒精，將旋轉(zhuǎn)臺(tái)快速旋轉(zhuǎn)，可以看到龍卷風(fēng)的形成。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

優(yōu)點(diǎn)：固體酒精的使用，便于旋轉(zhuǎn)而不發(fā)生火災(zāi)，彩色的火焰宛如麻花纏繞，形象地展示了不同金屬的焰色反應(yīng)。

缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速慢，火焰火苗不旺，形成的龍卷風(fēng)不劇烈。

同時(shí)實(shí)驗(yàn)證明：第一次焊接的四個(gè)容器不實(shí)用。

二、透明圓柱體對(duì)刨演示器

器材：透明圓柱亞克力管對(duì)刨、蒸發(fā)皿（或者坩堝）、點(diǎn)火器。

試劑：95%酒精、飽和醋酸鈣、碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末等。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將95%酒精，分次倒入蒸發(fā)皿中，分別加入碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末。

（2）用點(diǎn)火器點(diǎn)燃固體酒精，將對(duì)刨的圓柱體離開(kāi)一點(diǎn)縫隙，可以看到龍卷風(fēng)的形成。

（3）改變蒸發(fā)皿的個(gè)數(shù)，從四個(gè)到三個(gè)，到兩個(gè)再到一個(gè)，都可以觀察到火焰龍卷風(fēng)的形成，而實(shí)驗(yàn)證明，兩個(gè)的效果最快，最好。

（4）調(diào)節(jié)縫隙的位置，可以看到順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)不同方向的龍卷風(fēng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

優(yōu)點(diǎn)：便于改變盛放酒精容器的數(shù)量，便于彩色的火焰宛如麻花纏繞，形象地展示了不同金屬的焰色反應(yīng)。

缺點(diǎn)：這種狀態(tài)下形成的龍卷風(fēng)，需要通過(guò)改變有機(jī)玻璃板的大小才能改變其劇烈程度;小型的對(duì)刨容器容易受到火焰的燒烤而變形。

三、迷你發(fā)生器

器材：軸承、圓柱形鐵絲網(wǎng)筆筒、蒸發(fā)皿、點(diǎn)火器、圓形固定底座。

試劑：95%酒精、飽和醋酸鈣、碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末等。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將筆桶固定在圓形固定底座上。

（2）將固體酒精盛放容器放入圓柱形鐵絲網(wǎng)筆筒中。

（3）取上述配制好的固體酒精（含不同金屬離子的鹽）分別放入容器內(nèi)，并點(diǎn)燃。

（4）快速旋轉(zhuǎn)，可以觀察到快速旋轉(zhuǎn)的火焰龍卷風(fēng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

優(yōu)點(diǎn)：彩色的火焰宛如麻花纏繞，形象地展示了不同金屬的焰色反應(yīng)，裝置小，便于推廣和使用。

缺點(diǎn)：由于是微型化的裝置，不夠劇烈。

四、進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)想

變手動(dòng)為電動(dòng)，電動(dòng)變成可調(diào)速度的轉(zhuǎn)動(dòng)，在某一固定轉(zhuǎn)速下，達(dá)到現(xiàn)象的完美。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋心琦，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2012

[2]宋心琦，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)（選修3）[M].北京：人民教育出版社，2012

[3]曹廣雪，神奇的催化劑[J].化學(xué)教育，2014（1）：70-71