焰色反应创新实验设计

焰色反应创新实验设计

周雪洁，李肖

（安徽师范大学环境科学与工程学院安徽芜湖241002）

摘要：在高考的考纲化学实验基础部分，要求学生能对常见的物质进行检验、分离和提纯。金属焰色反应是对常见物质进行检验的一种方法。本文着眼于焰色反应实验的改进，笔者秉承着“学生学好化学，老师教好化学”的理念，通过对焰色反应实验的改进拉近化学实验与学生的距离，同时希望为其他化学教学者提供一个实用的参考。

关键词：焰色反应；实验教学；方法

焰色反应，是某些金属或它们的化合物在火焰中灼烧时使火焰呈现特征的颜色的反应。在化学上，常用来检测某些金属阳离子。同时焰色反应在日常生活中也得以应用，人们在在烟花中加入特定金属元素，使焰火五光十色，绚丽多彩[1]。

在教科书中，金属焰色反应的实验采用的是铂丝蘸取金属盐溶液在酒精灯外焰灼烧的方法。随着课程改革，如何寓教于乐，充分调动学生学习化学的兴趣是无数化学教育者多次思考的问题。

1.实验改进背景

在人教版化学必修一教材中金属焰色反应实验是把打磨后无锈的铂丝在酒精灯外焰上灼烧，直到与原来火焰颜色相同。再用铂丝蘸取碳酸钠溶液，在外焰上灼烧并观察火焰的颜色。将铂丝在盐酸溶液中洗净之后灼烧至与火焰同色，再蘸取碳酸钾溶液灼烧，透过蓝色钴玻璃观察火焰颜色。

传统的几种焰色反应方法具有可操作性差、浪费严重、条件苛刻、演示效果不佳，甚至反应后会有污染性气体生成等特点，因此笔者对焰色反应实验进行了创新改进。改进后装置简单，操作简便，观赏性更加，无有害气体生成，更重要的是可以激发学生思考并且学生自己可动手参与，体验化学的乐趣，不局限于只是课堂演示。

2.实验仪器与试剂

2.1、仪器：四只小坩埚（盛放药品并进行反应）、石棉网（与桌面隔热，燃烧温度较高不宜直接在桌面上进行）、药匙（取固体药品）、小型电子天平（称量固体）、玻璃棒（混匀固体，无玻璃棒可用药匙代替）、研钵（研磨固体）、打火机或火柴（引燃，条件允许可用镁条引燃）、湿抹布（防止燃烧产生的其他隐患）。

2.2、药品：葡萄糖、高锰酸钾、铜粉、无水碳酸钠固体、无水氯化钙固体。

3.实验原理

3.1、燃烧原理：糖类本身无法在空气中持续燃烧，但利用高锰酸钾加热分解产生氧气，支持糖类燃烧，可使糖类在空气中持续燃烧且有明亮火焰。因葡萄糖等药品取材方便，价格低廉，无污染气体生成，安全系数较高所以选择它们作为反应物。

2KMnO4=△=K2MnO4+MnO2+O2↑

C6H12O6+6O2—点燃—→6CO2+6H2O

2Mg+O2=点燃=2MgO

3.2、焰色原理：当碱金属及其盐在火焰上灼烧时，物质原子内部电子能级改变，原子中的电子吸收了能量，从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，处于能量较高轨道上的电子不稳定，跃迁回能量较低的轨道，多余的能量以光的形式放出。而放出的光的波长在可见光范围内（波长为400nm～780nm），因而火焰呈现颜色。

钾（紫色）、铜（绿色）、钠（黄色）、钙（砖红色）。

4.实验步骤

4.1、取出小坩埚。

4.2、取一定量的葡萄糖，放入研钵中研磨。

4.3、将研磨后的葡萄糖粉末均匀分配移至四个小坩埚中。

4.4、依次将无水碳酸钠、无水氯化钙固体进行研磨。

4.5、取葡萄糖两倍体积左右量的高锰酸钾，均匀分配移至四个小坩埚中。

4.6、第一只坩埚中不再添加任何试剂，第二只坩埚中加入少量研磨过的无水碳酸钠固体，第三只坩埚中加入少量研磨后的无水氯化钙固体，第四只坩埚中加入少量铜粉。

4.7、将每一只坩埚中的固体粉末混合均匀。

4.8、用打火机依次点燃。

5.注意事项

5.1、试剂尽量选择无结晶水的高纯试剂。

5.2、注意实验安全与操作规范，谨防火灾。

6.实验现象

第一只坩埚火焰呈紫色，第二只坩埚火焰呈黄色，第三只坩埚火焰呈

红色，第四只坩埚火焰呈绿色。

钾焰色实验拍摄图钠焰色实验拍摄图

7.实验探究结论

实验探究证明钾焰色为紫色，钠焰色为黄色，钙焰色为红色，铜焰色为绿色。本实验方案具有可行性。但实验探究过程中，笔者发现，钙盐火焰焰色较暗，铜绿色火焰较浅，由此成为本次实验设计的要点，启发引导学生思考进一步探究新的问题，找出原因。

对比课本中的实验本实验有如下优点：

7.1、取材方便。着眼于生活中的普通物质，将化学与生活联系在一起；

7.2、适合问题探究，可引导学生思考，容易让学生参与教学互动；

7.3、操作简单，无须使用强酸；

7.4、实验效果明显可观尤其是钾元素，实验的稳定性好，并且更有趣味性。

8.实验探究的意义

8.1通过实验探究，让学生了解金属焰色反应。证明了钾的焰色为紫色，钠焰色为黄色，钙焰色为红色，铜焰色为绿色。

8.2本实验取材方便，操作简单，避免了传统焰色反应的苛刻条件，体现了实验的创新性，环保性。

8.3本实验拉近了学生与化学学习的距离，让学生可以充分发挥自己的主观能动性，既达到探究实验的目的——掌握焰色反应知识点，又实现了启发引导学生发现问题，探究新问题。寓教于乐，让学生在玩好化学的同时能够学好化学。

9.结语

化学这一门学科是在实验的基础上发展起来的学科，毋庸置疑让学生亲身做实验，从实验中掌握知识是化学学习的重要途径。同样，在现实生活中，化学离人们并不遥远。希望学生能够通过触手可及的小实验及从身边的点滴，轻松学习背后的化学原理。

参考文献：

[1]宋心琦，王晶，李文鼎．人教版化学必修一：人民教育出版社，2007：57

[2]姜文建等编著．化学教学设计与案例探讨：化学工业出版社

[3]王美志．化学教育：焰色反应的趣味性实验设计，2013第7期

[4]张喜恒．中学化学教学参考：焰色反应的实验改进，2015第6期

[5]王仪辉．化学教与学：焰色反应演示实验的改进，2014第6期

[6]李健荣．化学教学：焰色反应的实验改进，2016第12期

[7]徐惠．中学化学教学参考：具有观赏性的焰色反应演示实验，2004第3期

[8]聂素云．化学教学：简易的焰色反应实验，2011第8期