高中焰色反應化學實驗的改善方法分析

許俞韜

摘要 在高中化學實驗中，焰色反應是非常重要的實驗內(nèi)容之一，也是教學大綱中要求我們所必須要掌握的知識，它可以有效檢驗鉀離子、鈉離子等，而且操作方便。但是這一實驗也存在著一些不足，需要進行優(yōu)化，同時我們學生通過對不同的化學實驗進行優(yōu)化改進，將自己的所思所想運用到化學實驗學習中，能夠體驗到新奇與樂趣，從而培養(yǎng)起對高中化學的學習興趣，增強探索物質(zhì)變化的能力。本文主要分析了教材書中提及的焰色反應檢驗方法的不足，在此基礎(chǔ)上提出了相應的實驗優(yōu)化改進方法，希望能夠為其他同學學習焰色反應實驗時提供參考。

關(guān)鍵詞 高中 焰色反應 化學實驗 方法

0緒論

隨著新課改教學目標的提出，高中化學課程學習標準發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變，而最為突出的就是更加注重對學生探索、探究能力的培養(yǎng)，突出學生的化學實驗素養(yǎng)訓練。掌握必要的化學實驗技能也是對我們高中學生最為基礎(chǔ)的化學學習要求。焰色反應主要是通過對金屬鹽進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，它作為高中化學實驗課程設(shè)計中必不可少的實驗項目之一，是我們高中生所必須要掌握的實驗內(nèi)容。然而目前教材中關(guān)于焰色反應的課程設(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)這些缺陷并進行優(yōu)化改進，那么定然能夠培養(yǎng)起扎實的化學實驗基礎(chǔ)，提高對化學的學習興趣，增強分析問題、處理問題的能力。

1實驗內(nèi)容設(shè)計及改進目的

1.1焰色反應原理

焰色反應主要是根據(jù)某些金屬或者它們的揮發(fā)性化合物在無色火焰中灼燒時會呈現(xiàn)出不同顏色的火焰，而對這些金屬離子進行檢驗的一種化學實驗方法，從而可以判斷物質(zhì)中是否含有這些金屬或金屬化合物。

焰色反應實驗相對比較簡單，所用到的材質(zhì)以及手段都比較少，主要可以檢驗鈉離子、鉀離子、銅離子、鋇離子、鈣離子等，而其檢驗的根據(jù)則是這些金屬離子在灼燒時呈現(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。我們通過對于不同離子進行檢驗可以掌握這些離子的灼燒顏色，并且判斷化學物中是否含有某種金屬元素。

1.2教材中的焰色反應實驗

實驗用品：鉑絲、酒精燈、藍色鈷玻璃、鹽酸、待檢驗的金屬鹽。

實驗步驟：（1）將鉑絲用鹽酸清洗干凈，然后在酒精燈火焰上進行灼燒，直到和原火焰顏色一樣為止；（2）用鉑絲蘸取少量待檢驗的金屬鹽溶液，在火焰上灼燒，觀察火焰顏色，而檢驗鉀金屬鹽時要透過藍色鈷玻璃；（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）蘸取另外的待檢驗金屬鹽溶液，再在火焰上灼燒，觀察顏色。灼燒過程如圖1所示。

1.3教材實驗不足之處分析

一是酒精燈火焰顏色干擾性太強。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使得酒精燈火焰自身呈現(xiàn)黃色，對于鈉、鉀元素焰色造成干擾，無法做出準確判斷；二是實驗演示過程步驟太多。在做一種金屬元素焰色反應之前，都要先將鉑絲洗凈，然后在酒精燈火焰上灼燒，然后再蘸取待檢驗的金屬化合物，再灼燒，時間消耗量很大，這對于我們而言需要一定的耐心，而且對我們學生實驗興趣的培養(yǎng)有所不利；三是鉑絲蘸取量過少，焰色強度不夠突出，現(xiàn)象不明顯；四是污染問題嚴重。在實驗過程中由于鉑絲要先用鹽酸洗滌之后再在火焰上灼燒至無色，而且灼燒過程中鹽酸會揮發(fā)，散發(fā)到空氣中會造成一定程度的污染；五是實驗成本高。在實驗中要反復用到鉑絲，但是鉑絲費用都很高，無疑會增加實驗成本。此外，自然光線也會對焰色造成一定的干擾。

1.4實驗改進目的分析

教材中的實驗存在著一些不足，而且火焰燃燒時間短，我們學生在實驗中觀察得不夠清楚，有些時候還要從教學實驗錄像中觀看實驗效果，這樣對實驗自身樂趣的體驗非常不利，也無法有效貫穿新課改要求，體現(xiàn)不出教程課改的意義。長時間發(fā)展下去，只會讓我們單純記憶實驗現(xiàn)象，而無法培養(yǎng)起我們良好的動手習慣，這樣必然會重復以往死記硬背的套路，對我們學習能力的培養(yǎng)沒有任何作用。

對于教材實驗中焰色反應所存在的不足，有很多教學工作者、實驗學習者都對其進行了優(yōu)化改進，提出了一些改進方法，但是這些方法都或多或少存在著另外的缺陷，實驗效果不夠理想，如噴霧法雖然火焰大且焰色明顯，但是持續(xù)時間過短，而且會消耗大量試樣；用氫氣充當火源會讓火焰背景顏色為藍色，從而減小火焰自身顏色的干擾，但是氫氣制備、存儲都比較麻煩，而用甲醇充當火源雖然也會起到同樣的效果，但甲醇有毒且易揮發(fā)。針對這些優(yōu)化實驗的不足，有必要重新設(shè)計出一種更加完美、合理的實驗方法，對原有實驗進行優(yōu)化，而設(shè)計的要求就是無毒、環(huán)保、易于制備且存儲、火焰顏色不會對實驗造成干擾。

2焰色反應實驗改進

2.1燈的改進——無色火焰的制取

固體酒精是經(jīng)常見到的燃料，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、無污染等性能，因此應用范圍越來越廣。雖然市場上的固體酒精銷售很多，但是不建議直接從市場上采購，而是自己制備，主要是由于市場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，會對火焰產(chǎn)生影響：或者是以硝化纖維為原料制備得到，但是硝化纖維危險性很強，所以也不適合。

在實驗室制備固體酒精時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，會對火焰產(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。因為瓊脂自身不容易燃燒，因此所制得的固體酒精在燃燒過程中不存在顏色干擾現(xiàn)象，同時用瓊脂制備的固體酒精燃燒時也不會產(chǎn)生黑煙，非常環(huán)保，因此在本實驗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

固體酒精進行燃燒時，出于安全考慮，要放置在合適的儀器中。而實驗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)通過石棉纖維制備而成，其中含有鈣元素，會對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾，而坩堝、表面皿中含有鈉元素，對實驗結(jié)果同樣也不利，因此本實驗中直接將固體酒精放置于金屬鹽表面進行灼燒，從而排除了儀器中鈣、鈉元素的影響。詳細的燃燒如圖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，從而防止盛放儀器對火焰結(jié)果產(chǎn)生干擾；（2）由于固體酒精為塊狀結(jié)構(gòu)，在實驗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)進行實驗，有利于綠色化學的實現(xiàn)；（3）因為固體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改進買驗的買施

實驗儀器：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。

實驗試劑：蒸餾水、瓊脂、無水乙醇、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)上進行加熱，直到瓊脂完全熔融；（4）再用量簡稱取10mL無水乙醇，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。

焰色反應操作過程：（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）點燃固體酒精。由于固體酒精在點繞后火焰和溴化鉀接觸面很廣，因此無需透過藍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，再重復以上過程，就可以對其他金屬元素進行檢驗。

3焰色反應實驗改進后的優(yōu)點

該優(yōu)化實驗由于采用瓊脂固體酒精作為火焰源，而且火焰與待測物問的接觸面積大，因此具有一系列的優(yōu)點：（1）優(yōu)化實驗中并未用到價格昂貴的鉑絲，可以有效降低實驗成本；（2）瓊脂固體酒精燃燒時，背景顏色為藍色，在觀察鉀元素火焰反應時無需透過藍色鈷玻璃，簡化了實驗程序，而且火焰深度大，可見度高，火焰現(xiàn)象明顯；（3）瓊脂固體酒精可以在實驗前就準備好，而且瓊脂固體酒精能夠長時間密封保存，可以極大地方便實驗進行，縮短實驗前期準備時間；（4）待焰色反應完成之后，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利用，有利于綠色化學理念的實施。金屬鹽之所以能夠回收重復使用，就是因為在進行焰色反應時，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，并沒有產(chǎn)生化學變化，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驗原料，也體現(xiàn)出化學實驗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，保存時間長；（7）改進后的實驗增加了趣味性，有助于提高我們的化學實驗學習興趣。

改進后的實驗效果非常明顯，既可以作為教學課堂演示，也便于我們學生自己操作實驗，而且有助于我們學習興趣的激發(fā)，可以達到改進實驗的目的。當然，改進的方法還有很多，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，并且對灼燒方式也進行了改進。如果我們在平時實驗中善于觀察、總結(jié)，定會收獲更多的實驗樂趣，真正將化學實驗與日常生活融合起來，實現(xiàn)從生活中學習的目的。

4結(jié)論

新課改教學計劃的重點在于“改”字，也就是指我們學生在對已有知識體系進行改進的過程中學習到新的知識，感受到知識的新奇與樂趣，從而培養(yǎng)起我們勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神，提高我們對高中化學的學習興趣。而當我們從內(nèi)心深處喜歡上化學這么課程之后，就愿意主動學習化學，從而才能夠為人類發(fā)展、社會進步作出更多貢獻，承擔起更多的責任與使命。總之，我們學生對高中化學實驗進行探索、改進、優(yōu)化，意義非常重大，而本文則以焰色反應實驗為例進行了探討，給其他學生提供一些借鑒，同時也希望能和其他同學共同進步，掌握更多的化學知識。