高中焰色反應(yīng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改善方法分析

許俞韜

摘要 在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，焰色反應(yīng)是非常重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之一，也是教學(xué)大綱中要求我們所必須要掌握的知識(shí)，它可以有效檢驗(yàn)鉀離子、鈉離子等，而且操作方便。但是這一實(shí)驗(yàn)也存在著一些不足，需要進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)我們學(xué)生通過(guò)對(duì)不同的化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，將自己的所思所想運(yùn)用到化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，能夠體驗(yàn)到新奇與樂(lè)趣，從而培養(yǎng)起對(duì)高中化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)探索物質(zhì)變化的能力。本文主要分析了教材書(shū)中提及的焰色反應(yīng)檢驗(yàn)方法的不足，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化改進(jìn)方法，希望能夠?yàn)槠渌瑢W(xué)學(xué)習(xí)焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)提供參考。

關(guān)鍵詞 高中 焰色反應(yīng) 化學(xué)實(shí)驗(yàn) 方法

0緒論

隨著新課改教學(xué)目標(biāo)的提出，高中化學(xué)課程學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變，而最為突出的就是更加注重對(duì)學(xué)生探索、探究能力的培養(yǎng)，突出學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)訓(xùn)練。掌握必要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能也是對(duì)我們高中學(xué)生最為基礎(chǔ)的化學(xué)學(xué)習(xí)要求。焰色反應(yīng)主要是通過(guò)對(duì)金屬鹽進(jìn)行灼燒并觀察火焰顏色，從而判斷物質(zhì)中是否含有某些金屬元素，它作為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)中必不可少的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一，是我們高中生所必須要掌握的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。然而目前教材中關(guān)于焰色反應(yīng)的課程設(shè)置存在一些缺陷，如果我們能夠勤于思考、善于觀察，發(fā)現(xiàn)這些缺陷并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，那么定然能夠培養(yǎng)起扎實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，提高對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)分析問(wèn)題、處理問(wèn)題的能力。

1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)及改進(jìn)目的

1.1焰色反應(yīng)原理

焰色反應(yīng)主要是根據(jù)某些金屬或者它們的揮發(fā)性化合物在無(wú)色火焰中灼燒時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出不同顏色的火焰，而對(duì)這些金屬離子進(jìn)行檢驗(yàn)的一種化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，從而可以判斷物質(zhì)中是否含有這些金屬或金屬化合物。

焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所用到的材質(zhì)以及手段都比較少，主要可以檢驗(yàn)鈉離子、鉀離子、銅離子、鋇離子、鈣離子等，而其檢驗(yàn)的根據(jù)則是這些金屬離子在灼燒時(shí)呈現(xiàn)出不同的顏色，如鈉離子為黃色，鉀離子為淺紫，銅離子為綠色，鋇離子為黃綠色等。我們通過(guò)對(duì)于不同離子進(jìn)行檢驗(yàn)可以掌握這些離子的灼燒顏色，并且判斷化學(xué)物中是否含有某種金屬元素。

1.2教材中的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)用品：鉑絲、酒精燈、藍(lán)色鈷玻璃、鹽酸、待檢驗(yàn)的金屬鹽。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將鉑絲用鹽酸清洗干凈，然后在酒精燈火焰上進(jìn)行灼燒，直到和原火焰顏色一樣為止；（2）用鉑絲蘸取少量待檢驗(yàn)的金屬鹽溶液，在火焰上灼燒，觀察火焰顏色，而檢驗(yàn)鉀金屬鹽時(shí)要透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃；（3）將鉑絲再次用鹽酸清洗干凈，并在火焰上灼燒至顏色和原火焰顏色相同；（4）蘸取另外的待檢驗(yàn)金屬鹽溶液，再在火焰上灼燒，觀察顏色。灼燒過(guò)程如圖1所示。

1.3教材實(shí)驗(yàn)不足之處分析

一是酒精燈火焰顏色干擾性太強(qiáng)。由于酒精燈玻璃材質(zhì)中含有鈉元素，而且如果燈芯不干凈會(huì)使得酒精燈火焰自身呈現(xiàn)黃色，對(duì)于鈉、鉀元素焰色造成干擾，無(wú)法做出準(zhǔn)確判斷；二是實(shí)驗(yàn)演示過(guò)程步驟太多。在做一種金屬元素焰色反應(yīng)之前，都要先將鉑絲洗凈，然后在酒精燈火焰上灼燒，然后再蘸取待檢驗(yàn)的金屬化合物，再灼燒，時(shí)間消耗量很大，這對(duì)于我們而言需要一定的耐心，而且對(duì)我們學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣的培養(yǎng)有所不利；三是鉑絲蘸取量過(guò)少，焰色強(qiáng)度不夠突出，現(xiàn)象不明顯；四是污染問(wèn)題嚴(yán)重。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于鉑絲要先用鹽酸洗滌之后再在火焰上灼燒至無(wú)色，而且灼燒過(guò)程中鹽酸會(huì)揮發(fā)，散發(fā)到空氣中會(huì)造成一定程度的污染；五是實(shí)驗(yàn)成本高。在實(shí)驗(yàn)中要反復(fù)用到鉑絲，但是鉑絲費(fèi)用都很高，無(wú)疑會(huì)增加實(shí)驗(yàn)成本。此外，自然光線也會(huì)對(duì)焰色造成一定的干擾。

1.4實(shí)驗(yàn)改進(jìn)目的分析

教材中的實(shí)驗(yàn)存在著一些不足，而且火焰燃燒時(shí)間短，我們學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察得不夠清楚，有些時(shí)候還要從教學(xué)實(shí)驗(yàn)錄像中觀看實(shí)驗(yàn)效果，這樣對(duì)實(shí)驗(yàn)自身樂(lè)趣的體驗(yàn)非常不利，也無(wú)法有效貫穿新課改要求，體現(xiàn)不出教程課改的意義。長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展下去，只會(huì)讓我們單純記憶實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而無(wú)法培養(yǎng)起我們良好的動(dòng)手習(xí)慣，這樣必然會(huì)重復(fù)以往死記硬背的套路，對(duì)我們學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)沒(méi)有任何作用。

對(duì)于教材實(shí)驗(yàn)中焰色反應(yīng)所存在的不足，有很多教學(xué)工作者、實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)者都對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，提出了一些改進(jìn)方法，但是這些方法都或多或少存在著另外的缺陷，實(shí)驗(yàn)效果不夠理想，如噴霧法雖然火焰大且焰色明顯，但是持續(xù)時(shí)間過(guò)短，而且會(huì)消耗大量試樣；用氫氣充當(dāng)火源會(huì)讓火焰背景顏色為藍(lán)色，從而減小火焰自身顏色的干擾，但是氫氣制備、存儲(chǔ)都比較麻煩，而用甲醇充當(dāng)火源雖然也會(huì)起到同樣的效果，但甲醇有毒且易揮發(fā)。針對(duì)這些優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的不足，有必要重新設(shè)計(jì)出一種更加完美、合理的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，而設(shè)計(jì)的要求就是無(wú)毒、環(huán)保、易于制備且存儲(chǔ)、火焰顏色不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成干擾。

2焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

2.1燈的改進(jìn)——無(wú)色火焰的制取

固體酒精是經(jīng)常見(jiàn)到的燃料，尤其是在餐飲業(yè)、旅游業(yè)等行業(yè)，由于它具有使用方便、無(wú)污染等性能，因此應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。雖然市場(chǎng)上的固體酒精銷售很多，但是不建議直接從市場(chǎng)上采購(gòu)，而是自己制備，主要是由于市場(chǎng)上的固體酒精或者是以硬脂酸、石蠟等物質(zhì)作為原料制備得到，這類原料自身含有鈉元素，會(huì)對(duì)火焰產(chǎn)生影響：或者是以硝化纖維為原料制備得到，但是硝化纖維危險(xiǎn)性很強(qiáng)，所以也不適合。

在實(shí)驗(yàn)室制備固體酒精時(shí)用醋酸鈣作為固化劑，根據(jù)“醋酸鈣在酒精以及水溶液中具有不同的溶解度”這一原理而制備得到。但是由于這樣制得的固體酒精中殘留有鈣元素，會(huì)對(duì)火焰產(chǎn)生一定影響，所以我們需要選擇一種更好的固化劑，而瓊脂就是非常適合的選擇。因?yàn)榄傊陨聿蝗菀兹紵虼怂频玫墓腆w酒精在燃燒過(guò)程中不存在顏色干擾現(xiàn)象，同時(shí)用瓊脂制備的固體酒精燃燒時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生黑煙，非常環(huán)保，因此在本實(shí)驗(yàn)中選用瓊脂固體酒精作為火焰源。

2.2固體酒精燃燒方式優(yōu)化

固體酒精進(jìn)行燃燒時(shí)，出于安全考慮，要放置在合適的儀器中。而實(shí)驗(yàn)室常用的固體酒精盛放儀器有表面皿、坩堝、石棉網(wǎng)等，由于石棉網(wǎng)通過(guò)石棉纖維制備而成，其中含有鈣元素，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾，而坩堝、表面皿中含有鈉元素，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣也不利，因此本實(shí)驗(yàn)中直接將固體酒精放置于金屬鹽表面進(jìn)行灼燒，從而排除了儀器中鈣、鈉元素的影響。詳細(xì)的燃燒如圖2所示。

將金屬鹽粉末放在固體酒精的下面，而瓊脂固體酒精直接在金屬鹽表面燃燒，這樣做的目的在于：（1）金屬鹽粉末可以把固體酒精和表面皿隔離開(kāi)，從而防止盛放儀器對(duì)火焰結(jié)果產(chǎn)生干擾；（2）由于固體酒精為塊狀結(jié)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)完成后直接用鑷子將固體酒精取走，而剩下的金屬粉末能再繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有利于綠色化學(xué)的實(shí)現(xiàn)；（3）因?yàn)楣腆w酒精直接與金屬粉末接觸，所以火焰顏色特別深，效果明顯，容易觀察。

2.3改進(jìn)買驗(yàn)的買施

實(shí)驗(yàn)儀器：三角架、石棉網(wǎng)、酒精燈、表面皿、10mL量筒、天平、玻璃棒、藥匙、火柴、鑷子、燒杯。

實(shí)驗(yàn)試劑：蒸餾水、瓊脂、無(wú)水乙醇、金屬鹽

瓊脂固體酒精的制備：（1）用天平稱取0.2g瓊脂，加入到燒杯中；（2）用量筒稱取10mL蒸餾水，加入到盛有瓊脂的燒杯中；（3）將燒杯放置在石棉網(wǎng)上進(jìn)行加熱，直到瓊脂完全熔融；（4）再用量簡(jiǎn)稱取10mL無(wú)水乙醇，加入到已經(jīng)熔融的瓊脂中；（5）加熱停止，待瓊脂冷卻到室溫后，便可得到固體酒精。

焰色反應(yīng)操作過(guò)程：（1）稱取一定溴化鉀粉末放置在表面皿中，在溴化鉀表面加入一定量的瓊脂固體酒精；（2）點(diǎn)燃固體酒精。由于固體酒精在點(diǎn)繞后火焰和溴化鉀接觸面很廣，因此無(wú)需透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃也能夠清晰地看到紫色火焰；（3）熄滅火焰后，更換其他金屬化合物，再重復(fù)以上過(guò)程，就可以對(duì)其他金屬元素進(jìn)行檢驗(yàn)。

3焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

該優(yōu)化實(shí)驗(yàn)由于采用瓊脂固體酒精作為火焰源，而且火焰與待測(cè)物問(wèn)的接觸面積大，因此具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：（1）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中并未用到價(jià)格昂貴的鉑絲，可以有效降低實(shí)驗(yàn)成本；（2）瓊脂固體酒精燃燒時(shí)，背景顏色為藍(lán)色，在觀察鉀元素火焰反應(yīng)時(shí)無(wú)需透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)程序，而且火焰深度大，可見(jiàn)度高，火焰現(xiàn)象明顯；（3）瓊脂固體酒精可以在實(shí)驗(yàn)前就準(zhǔn)備好，而且瓊脂固體酒精能夠長(zhǎng)時(shí)間密封保存，可以極大地方便實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，縮短實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備時(shí)間；（4）待焰色反應(yīng)完成之后，可以用鑷子將固體酒精夾出，而下面的金屬鹽能夠回收重復(fù)利用，有利于綠色化學(xué)理念的實(shí)施。金屬鹽之所以能夠回收重復(fù)使用，就是因?yàn)樵谶M(jìn)行焰色反應(yīng)時(shí)，金屬元素中的電子僅發(fā)生躍遷，產(chǎn)生不同的火焰顏色，屬于物理變化，并沒(méi)有產(chǎn)生化學(xué)變化，因此金屬鹽的性質(zhì)不發(fā)生變化：（5）瓊脂原料容易獲取，而且在生活中應(yīng)用也非常廣泛，如果凍、冰激凌、軟糖等食品中都有摻雜，因此利用瓊脂作為實(shí)驗(yàn)原料，也體現(xiàn)出化學(xué)實(shí)驗(yàn)與日常生活的緊密關(guān)系；（6）瓊脂固體酒精成本低，制造工藝方便，保存時(shí)間長(zhǎng)；（7）改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)增加了趣味性，有助于提高我們的化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)興趣。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)效果非常明顯，既可以作為教學(xué)課堂演示，也便于我們學(xué)生自己操作實(shí)驗(yàn)，而且有助于我們學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)，可以達(dá)到改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的目的。當(dāng)然，改進(jìn)的方法還有很多，但是由于版面原因，這里僅介紹了利用固體酒精作為燃燒源，并且對(duì)灼燒方式也進(jìn)行了改進(jìn)。如果我們?cè)谄綍r(shí)實(shí)驗(yàn)中善于觀察、總結(jié)，定會(huì)收獲更多的實(shí)驗(yàn)樂(lè)趣，真正將化學(xué)實(shí)驗(yàn)與日常生活融合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)從生活中學(xué)習(xí)的目的。

4結(jié)論

新課改教學(xué)計(jì)劃的重點(diǎn)在于“改”字，也就是指我們學(xué)生在對(duì)已有知識(shí)體系進(jìn)行改進(jìn)的過(guò)程中學(xué)習(xí)到新的知識(shí)，感受到知識(shí)的新奇與樂(lè)趣，從而培養(yǎng)起我們勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神，提高我們對(duì)高中化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。而當(dāng)我們從內(nèi)心深處喜歡上化學(xué)這么課程之后，就愿意主動(dòng)學(xué)習(xí)化學(xué)，從而才能夠?yàn)槿祟惏l(fā)展、社會(huì)進(jìn)步作出更多貢獻(xiàn)，承擔(dān)起更多的責(zé)任與使命?？傊?，我們學(xué)生對(duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索、改進(jìn)、優(yōu)化，意義非常重大，而本文則以焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行了探討，給其他學(xué)生提供一些借鑒，同時(shí)也希望能和其他同學(xué)共同進(jìn)步，掌握更多的化學(xué)知識(shí)。