高中焰色反应化学实验的改善方法分析

许俞韬

摘要 在高中化学实验中，焰色反应是非常重要的实验内容之一，也是教学大纲中要求我们所必须要掌握的知识，它可以有效检验钾离子、鈉离子等，而且操作方便。但是这一实验也存在着一些不足，需要进行优化，同时我们学生通过对不同的化学实验进行优化改进，将自己的所思所想运用到化学实验学习中，能够体验到新奇与乐趣，从而培养起对高中化学的学习兴趣，增强探索物质变化的能力。本文主要分析了教材书中提及的焰色反应检验方法的不足，在此基础上提出了相应的实验优化改进方法，希望能够为其他同学学习焰色反应实验时提供参考。

关键词 高中 焰色反应 化学实验 方法

0绪论

随着新课改教学目标的提出，高中化学课程学习标准发生了很大的转变，而最为突出的就是更加注重对学生探索、探究能力的培养，突出学生的化学实验素养训练。掌握必要的化学实验技能也是对我们高中学生最为基础的化学学习要求。焰色反应主要是通过对金属盐进行灼烧并观察火焰颜色，从而判断物质中是否含有某些金属元素，它作为高中化学实验课程设计中必不可少的实验项目之一，是我们高中生所必须要掌握的实验内容。然而目前教材中关于焰色反应的课程设置存在一些缺陷，如果我们能够勤于思考、善于观察，发现这些缺陷并进行优化改进，那么定然能够培养起扎实的化学实验基础，提高对化学的学习兴趣，增强分析问题、处理问题的能力。

1实验内容设计及改进目的

1.1焰色反应原理

焰色反应主要是根据某些金属或者它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时会呈现出不同颜色的火焰，而对这些金属离子进行检验的一种化学实验方法，从而可以判断物质中是否含有这些金属或金属化合物。

焰色反应实验相对比较简单，所用到的材质以及手段都比较少，主要可以检验钠离子、钾离子、铜离子、钡离子、钙离子等，而其检验的根据则是这些金属离子在灼烧时呈现出不同的颜色，如钠离子为黄色，钾离子为浅紫，铜离子为绿色，钡离子为黄绿色等。我们通过对于不同离子进行检验可以掌握这些离子的灼烧颜色，并且判断化学物中是否含有某种金属元素。

1.2教材中的焰色反应实验

实验用品：铂丝、酒精灯、蓝色钴玻璃、盐酸、待检验的金属盐。

实验步骤：（1）将铂丝用盐酸清洗干净，然后在酒精灯火焰上进行灼烧，直到和原火焰颜色一样为止；（2）用铂丝蘸取少量待检验的金属盐溶液，在火焰上灼烧，观察火焰颜色，而检验钾金属盐时要透过蓝色钴玻璃；（3）将铂丝再次用盐酸清洗干净，并在火焰上灼烧至颜色和原火焰颜色相同；（4）蘸取另外的待检验金属盐溶液，再在火焰上灼烧，观察颜色。灼烧过程如图1所示。

1.3教材实验不足之处分析

一是酒精灯火焰颜色干扰性太强。由于酒精灯玻璃材质中含有钠元素，而且如果灯芯不干净会使得酒精灯火焰自身呈现黄色，对于钠、钾元素焰色造成干扰，无法做出准确判断；二是实验演示过程步骤太多。在做一种金属元素焰色反应之前，都要先将铂丝洗净，然后在酒精灯火焰上灼烧，然后再蘸取待检验的金属化合物，再灼烧，时间消耗量很大，这对于我们而言需要一定的耐心，而且对我们学生实验兴趣的培养有所不利；三是铂丝蘸取量过少，焰色强度不够突出，现象不明显；四是污染问题严重。在实验过程中由于铂丝要先用盐酸洗涤之后再在火焰上灼烧至无色，而且灼烧过程中盐酸会挥发，散发到空气中会造成一定程度的污染；五是实验成本高。在实验中要反复用到铂丝，但是铂丝费用都很高，无疑会增加实验成本。此外，自然光线也会对焰色造成一定的干扰。

1.4实验改进目的分析

教材中的实验存在着一些不足，而且火焰燃烧时间短，我们学生在实验中观察得不够清楚，有些时候还要从教学实验录像中观看实验效果，这样对实验自身乐趣的体验非常不利，也无法有效贯穿新课改要求，体现不出教程课改的意义。长时间发展下去，只会让我们单纯记忆实验现象，而无法培养起我们良好的动手习惯，这样必然会重复以往死记硬背的套路，对我们学习能力的培养没有任何作用。

对于教材实验中焰色反应所存在的不足，有很多教学工作者、实验学习者都对其进行了优化改进，提出了一些改进方法，但是这些方法都或多或少存在着另外的缺陷，实验效果不够理想，如喷雾法虽然火焰大且焰色明显，但是持续时间过短，而且会消耗大量试样；用氢气充当火源会让火焰背景颜色为蓝色，从而减小火焰自身颜色的干扰，但是氢气制备、存储都比较麻烦，而用甲醇充当火源虽然也会起到同样的效果，但甲醇有毒且易挥发。针对这些优化实验的不足，有必要重新设计出一种更加完美、合理的实验方法，对原有实验进行优化，而设计的要求就是无毒、环保、易于制备且存储、火焰颜色不会对实验造成干扰。

2焰色反应实验改进

2.1灯的改进——无色火焰的制取

固体酒精是经常见到的燃料，尤其是在餐饮业、旅游业等行业，由于它具有使用方便、无污染等性能，因此应用范围越来越广。虽然市场上的固体酒精销售很多，但是不建议直接从市场上采购，而是自己制备，主要是由于市场上的固体酒精或者是以硬脂酸、石蜡等物质作为原料制备得到，这类原料自身含有钠元素，会对火焰产生影响：或者是以硝化纤维为原料制备得到，但是硝化纤维危险性很强，所以也不适合。

在实验室制备固体酒精时用醋酸钙作为固化剂，根据“醋酸钙在酒精以及水溶液中具有不同的溶解度”这一原理而制备得到。但是由于这样制得的固体酒精中残留有钙元素，会对火焰产生一定影响，所以我们需要选择一种更好的固化剂，而琼脂就是非常适合的选择。因为琼脂自身不容易燃烧，因此所制得的固体酒精在燃烧过程中不存在颜色干扰现象，同时用琼脂制备的固体酒精燃烧时也不会产生黑烟，非常环保，因此在本实验中选用琼脂固体酒精作为火焰源。

2.2固体酒精燃烧方式优化

固体酒精进行燃烧时，出于安全考虑，要放置在合适的仪器中。而实验室常用的固体酒精盛放仪器有表面皿、坩埚、石棉网等，由于石棉网通过石棉纤维制备而成，其中含有钙元素，会对实验结果产生干扰，而坩埚、表面皿中含有钠元素，对实验结果同样也不利，因此本实验中直接将固体酒精放置于金属盐表面进行灼烧，从而排除了仪器中钙、钠元素的影响。详细的燃烧如图2所示。

将金属盐粉末放在固体酒精的下面，而琼脂固体酒精直接在金属盐表面燃烧，这样做的目的在于：（1）金属盐粉末可以把固体酒精和表面皿隔离开，从而防止盛放仪器对火焰结果产生干扰；（2）由于固体酒精为块状结构，在实验完成后直接用镊子将固体酒精取走，而剩下的金属粉末能再继续进行实验，有利于绿色化学的实现；（3）因为固体酒精直接与金属粉末接触，所以火焰颜色特别深，效果明显，容易观察。

2.3改进买验的买施

实验仪器：三角架、石棉网、酒精灯、表面皿、10mL量筒、天平、玻璃棒、药匙、火柴、镊子、烧杯。

实验试剂：蒸馏水、琼脂、无水乙醇、金属盐

琼脂固体酒精的制备：（1）用天平称取0.2g琼脂，加入到烧杯中；（2）用量筒称取10mL蒸馏水，加入到盛有琼脂的烧杯中；（3）将烧杯放置在石棉网上进行加热，直到琼脂完全熔融；（4）再用量简称取10mL无水乙醇，加入到已经熔融的琼脂中；（5）加热停止，待琼脂冷却到室温后，便可得到固体酒精。

焰色反应操作过程：（1）称取一定溴化钾粉末放置在表面皿中，在溴化钾表面加入一定量的琼脂固体酒精；（2）点燃固体酒精。由于固体酒精在点绕后火焰和溴化钾接触面很广，因此无需透过蓝色钴玻璃也能够清晰地看到紫色火焰；（3）熄灭火焰后，更换其他金属化合物，再重复以上过程，就可以对其他金属元素进行检验。

3焰色反应实验改进后的优点

该优化实验由于采用琼脂固体酒精作为火焰源，而且火焰与待测物问的接触面积大，因此具有一系列的优点：（1）优化实验中并未用到价格昂贵的铂丝，可以有效降低实验成本；（2）琼脂固体酒精燃烧时，背景颜色为蓝色，在观察钾元素火焰反应时无需透过蓝色钴玻璃，简化了实验程序，而且火焰深度大，可见度高，火焰现象明显；（3）琼脂固体酒精可以在实验前就准备好，而且琼脂固体酒精能够长时间密封保存，可以极大地方便实验进行，缩短实验前期准备时间；（4）待焰色反应完成之后，可以用镊子将固体酒精夹出，而下面的金属盐能够回收重复利用，有利于绿色化学理念的实施。金属盐之所以能够回收重复使用，就是因为在进行焰色反应时，金属元素中的电子仅发生跃迁，产生不同的火焰颜色，属于物理变化，并没有产生化学变化，因此金属盐的性质不发生变化：（5）琼脂原料容易获取，而且在生活中应用也非常广泛，如果冻、冰激凌、软糖等食品中都有掺杂，因此利用琼脂作为实验原料，也体现出化学实验与日常生活的紧密关系；（6）琼脂固体酒精成本低，制造工艺方便，保存时间长；（7）改进后的实验增加了趣味性，有助于提高我们的化学实验学习兴趣。

改进后的实验效果非常明显，既可以作为教学课堂演示，也便于我们学生自己操作实验，而且有助于我们学习兴趣的激发，可以达到改进实验的目的。当然，改进的方法还有很多，但是由于版面原因，这里仅介绍了利用固体酒精作为燃烧源，并且对灼烧方式也进行了改进。如果我们在平时实验中善于观察、总结，定会收获更多的实验乐趣，真正将化学实验与日常生活融合起来，实现从生活中学习的目的。

4結论

新课改教学计划的重点在于“改”字，也就是指我们学生在对已有知识体系进行改进的过程中学习到新的知识，感受到知识的新奇与乐趣，从而培养起我们勇于探索、不断创新的精神，提高我们对高中化学的学习兴趣。而当我们从内心深处喜欢上化学这么课程之后，就愿意主动学习化学，从而才能够为人类发展、社会进步作出更多贡献，承担起更多的责任与使命。总之，我们学生对高中化学实验进行探索、改进、优化，意义非常重大，而本文则以焰色反应实验为例进行了探讨，给其他学生提供一些借鉴，同时也希望能和其他同学共同进步，掌握更多的化学知识。