焰色试验创新 论文

焰色试验创新摘要：化学学科是在实验的基础上形成和发展的，化学学科的发展离不开化学实验的发展，在高中化学教学中，化学实验教学起着不可替代的重要作用，对高中教材中的一些实验进行创新和改进，可以使化学实验变得贴近生活、操作简单、生动有趣，从而达到更好的教学效果。焰色试验是高中化学的一个重要实验，本文从焰色试验的历史和原理切入，总结了传统实验的操作和缺点，对实验进行了针对性的改进设计，尽可能利用生活中的材料和药剂，使得实验材料简单易得，现象明显，操作方便，更有利于课堂教学和激发学生学习化学的兴趣。关键词：焰色试验，历史和原理，焰色试验创新引言：焰色试验位于人教版新教材必修一第二章第一节《钠及其化合物》中，是指将某些金属单质或其化合物进行灼烧，火焰会因为金属元素种类不同，而呈现出不同的颜色，从而判断金属元素种类的定性试验方法，也是与生活息息相关的化学实验。传统的实验装置需要使用铂丝或洁净无锈的铁丝蘸取少量样品，在酒精灯外焰上灼烧，操作繁琐，现象不明显，急需进行创新改进。一、焰色试验的历史和原理1．历史人教版高中化学新教材中的焰色试验一般指焰色反应，也称作焰色测试，是一种古老的定性分析法，中国南北朝时期的古典书籍《本草经集注》中就记载过：“以火烧之，紫青烟起，乃真硝石也”。1741年瑞典人波特发现了硼砂的酒精溶液燃烧时会呈现绿色的火焰，从而发现了检查硼元素的特征反应。德国化学家马格拉夫在1762年发现钠盐和钾盐可以分别使火焰着上各自特征的焰色，从此以后，利用焰色反应鉴别钠盐和钾盐就成为了常用手段了。后来人们又发现了铜盐呈蓝绿色、锂盐呈紫红色，到了19世纪中期，德国化学家罗伯特.威廉.本生设计制造了利用煤气作为燃料，燃烧时火焰几乎无色的本生灯，并利用这种灯来研究各种盐类在火焰中呈现出不同焰色的现象，并创造性的利用蓝色玻璃和靛蓝溶液作为滤镜观察火焰颜色，我们现在使用蓝色钴玻璃观察钾的焰色试验也来源于此。本生在另一位德国物理学家古斯塔夫.罗伯特.基尔霍夫的帮助下，开创了分析化学的一个重要分支：“光谱分析”。后来，他们又陆续发现了新元素铯和铷，实现了通过观察光谱对元素进行定性分析检验，为天体化学的研究打下了坚实的基础。2．原理焰色试验是物理变化，当金属及其盐在火焰上灼烧时，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的原子轨道跃迁到能量较高的原子轨道，处于能量较高原子轨道上的电子不稳定，迅速跃迁回能量较低的原子轨道，同时将多余的能量以光的形式释放出来，不同原子结构的金属，其电子跃迁时的能量变化就不同，从而会发出不同波长的光，而使火焰呈现出不同的颜色。二、传统实验装置1．操作把熔嵌在玻璃棒上的铂丝或洁净无锈的铁丝（实验室中一般都有专用的金属棒，棒头可以用螺帽固定铂丝或铁丝）放在酒精灯外焰上灼烧至与原来火焰的颜色相同，再用铂丝（或铁丝）蘸取待测样品溶液，在外焰上灼烧，观察火焰颜色。实验结束后，将铂丝（或铁丝）用盐酸洗净，在外焰上灼烧与原来火焰的颜色相同，以备下次实验使用。2．缺点（1）铂丝价格昂贵，使用寿命短，反复弯曲、灼烧下容易折断；铁丝易于盐酸反应，容易损耗；（2）操作复杂，耗时较长，每次做完实验都要用盐酸清洗铂丝，并在火焰上反复灼烧，直至与火焰颜色相同才能使用，一般需要清洗多次，而且清洗后的盐酸溶液中的金属离子残留也会对后续的实验造成干扰，整体实验效果并不好；（3）铂丝即使绕成螺旋状，其所能蘸取的样品溶液也比较少，因此焰色试验的火焰颜色很难观察到，特别是钾元素灼烧时的紫色火焰更不容易观察，尤其是白天光线较强时，实验现象的可见度更差。三、焰色试验创新方案1．“医用棉棒”焰色试验。实验用品及试剂：医用棉棒、医用酒精、酒精灯、待测样品（CuCl固体、KI固体、KCl固体等）实验操作：将医用棉棒用65%～95%的酒精浸润（酒精浓度不易太低，否则不易燃烧），蘸取待测样品后，在酒精灯上引燃，即可看到明显的焰色现象（图1）。实验创新：（1）使用医用棉棒，价格便宜，简单易得，不用洗涤，操作方便；（2）使用医用酒精助燃，不仅有助于蘸取待测样品，同时排除了普通酒精灯火焰颜色的干扰，而且燃烧时间更长，更便于课堂展示和学生观察实验现象；（3）使用KI固体或KCl固体代替书本实验方案中的KCO溶液，实验现象更明显，而且不用使用蓝色钴玻璃即可观察到紫色火焰。方案2：“喷雾瓶”焰色试验。实验用品及试剂：喷雾瓶、酒精、喷枪、待测样品（CuCl固体、KCl固体等）实验操作：将待测样品溶于65%左右的酒精溶液（酒精浓度不能低于50%，否则助燃效果差；也不能高于80%，否则样品短时间内无法溶解），将配好的溶液装入喷雾瓶（实验发现金属元素的氯化物在乙醇中的溶解性好于金属元素的硫酸盐），点燃喷枪，用喷雾瓶向喷枪外焰喷出样品溶液（注意火焰及喷雾方向斜向上45度左右，并且需要朝向无人空旷处），即可看到带有明显的焰色现象的火焰喷出。实验创新：（1）使用日常盛装化妆品用的喷雾瓶，一方面将化学与生活联系起来，另一方面也使样品容易雾化，同时使用乙醇助燃，可以在点燃后看见绚丽的火焰，容易引起学生共鸣，课堂效果非常好；（2）药剂可以提前配好放置于喷雾瓶中，握持方便，使用简洁，也可以改用5mL的喷雾瓶，体积小巧，便于携带；（3）使用喷枪代替酒精灯，喷枪便于点燃，外焰接近无色，摆脱了酒精灯自身火焰颜色对实验现象的干扰，而且喷枪可以单手持握，便于携带，气罐旋钮可以随意调控火焰大小，方便控制，易于展示。方案3：“加湿器”和“雾化器”焰色试验。实验用品及试剂：家用加湿器或雾化器、酒精、喷枪、待测样品（CuCl溶液、KCl溶液等）实验操作：将家用加湿器棉芯用待测液（添加酒精助燃，混合后酒精浓度大约65%左右即可）浸润，然后组装雾化头，打开开关，样品即会被雾化释放，然后用点燃的喷枪靠近，即可看见焰色反应现象；也可以使用雾化器，将雾化片直接放入待测液液面上，通电后产生超声波，即可使样品雾化，然后用点燃的喷枪靠近，也可看见焰色反应现象。实验创新：（1）使用生活中的加湿器或雾化器使样品雾化，体现化学与生活的联系，加湿器棉芯可以提前用待测液体浸润，每次实验时只要更换棉芯，即可快速进行多组实验；加湿器本身可以选择充电型加湿器，可以省去电源线，更便于展示；（2）雾化器使用雾化片利用超声波原理使样品液体雾化，效果更好，省去了用待测液体浸润棉芯的时间，同时可以使用充电宝供电，简单便携。方案4：“彩虹火焰”焰色试验。实验用品及试剂：脱脂棉、酒精、铁质瓶盖、待测样品（CuCl固体、KCl固体、LiCl固体等）实验操作：把多个拇指大小的脱脂棉团成凹坑状，凹槽内分别放入待测样品，并用酒精将棉团和样品润湿，将准备好的脱脂棉分别放于铁质瓶盖中（实验中使用的是豆瓣酱和罐头的瓶盖，也可以用别的铁质瓶盖清洗后代替，注意去除密封塑料膜，防止塑料燃烧而干扰实验现象观察），将装有药品的瓶盖一字排开并引燃，即可产生一串各种颜色的“彩虹火焰”焰色反应现象（图5）图5“彩虹火焰”焰色试验实验创新：可以同时产生多种颜色的焰色反应，像彩虹一样，可以有效激发学生学习化学和亲自动手设计、完成实验的兴趣，实验效果明显；但火焰颜色在白天无法用相机准确捕捉，光线较强时，有些火焰颜色（如钾的紫色）距离稍远就难以观察，在晚上光线较暗时完成该实验，效果更好。四、总结焰色试验可以用于创造烟花，给予我们灿烂多姿的夜空；也可以用于探究遥远星球所蕴含的元素种类，使人类的探究脚步迈向广袤的宇宙；更可以使我们的化学探究之路充满色彩和乐趣。一个小小的实验方案，可以利用生活中常见的用品进行改良，在取得更好实验效果的同时，也落实了化学学科素养中的科学探究与创新意识，使化学源于课本，高于课本，联系生活，展望科技