焰色反应的趣味化演示装置的研制

李明立 曹广雪

摘要：将化学上的焰色反应、电子的跃迁，地理中的龙卷风以及物理中的伯努利原理有机结合起来，用化学药品和生活中常见物质，通过一系列模型展示，让枯燥的原理和知识清晰可见。

关键词：固体酒精;焰色反应;电子跃迁;龙卷风;伯努利原理

文章编号：1008-0546（2019）09-0080-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2019.09.025

焰色反应是物质原子内部电子能级的改变即电子的跃迁，当从激发态回到基态时释放能量，从而以光的形式显现出来。主要是某些金属或它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征颜色的反应。是高中化学必修教材中的一个重要实验，电子的跃迁则是化学选修3《物质结构与性质》中一个重要知识点。

龙卷风、空气涡旋是地理学中的一种相当猛烈的天气现象，它的形成与低气压和旋转之风向有关，温度差和强对流是形成龙卷风的主要原因。

伯努利原理即流体流速越大的地方压强越小，龙卷风是内部空气流速远大于外部空气流速，此压力差即为外界提供物体做圆周运动的向心力，从而形成了圆周运动的离心运动。

本实验的系列改进能够直观地同时展示上述实验现象。

一、简易组合演示器

器材：旋转台、圆柱形铁丝网垃圾桶、焊接好的酒精盛放容器、点火器、固定铁钉。 试剂：95%酒精、饱和醋酸钙、碳酸锂粉末、硫酸铜粉末、食盐粉末等。

实验步骤：（1）将95%酒精和饱和醋酸钙溶液按照5：1混合，倒入四个容器中，并分别快速在生成的固体酒精中分别加入碳酸锂粉末、硫酸铜粉末、食盐粉末。

（2）用点火器点燃固体酒精，将旋转台快速旋转，可以看到龙卷风的形成。

实验结果：

优点：固体酒精的使用，便于旋转而不发生火灾，彩色的火焰宛如麻花缠绕，形象地展示了不同金属的焰色反应。

缺点：转速慢，火焰火苗不旺，形成的龙卷风不剧烈。

同时实验证明：第一次焊接的四个容器不实用。

二、透明圆柱体对刨演示器

器材：透明圆柱亚克力管对刨、蒸发皿（或者坩埚）、点火器。

试剂：95%酒精、饱和醋酸钙、碳酸锂粉末、硫酸铜粉末、食盐粉末等。

实验步骤：（1）将95%酒精，分次倒入蒸发皿中，分别加入碳酸锂粉末、硫酸铜粉末、食盐粉末。

（2）用点火器点燃固体酒精，将对刨的圆柱体离开一点缝隙，可以看到龙卷风的形成。

（3）改变蒸发皿的个数，从四个到三个，到两个再到一个，都可以观察到火焰龙卷风的形成，而实验证明，两个的效果最快，最好。

（4）调节缝隙的位置，可以看到顺时针和逆时针两个不同方向的龙卷风。

实验结果：

优点：便于改变盛放酒精容器的数量，便于彩色的火焰宛如麻花缠绕，形象地展示了不同金属的焰色反应。

缺点：这种状态下形成的龙卷风，需要通过改变有机玻璃板的大小才能改变其剧烈程度;小型的对刨容器容易受到火焰的烧烤而变形。

三、迷你发生器

器材：轴承、圆柱形铁丝网笔筒、蒸发皿、点火器、圆形固定底座。

试剂：95%酒精、饱和醋酸钙、碳酸锂粉末、硫酸铜粉末、食盐粉末等。

实验步骤：（1）将笔桶固定在圆形固定底座上。

（2）将固体酒精盛放容器放入圆柱形铁丝网笔筒中。

（3）取上述配制好的固体酒精（含不同金属离子的盐）分别放入容器内，并点燃。

（4）快速旋转，可以观察到快速旋转的火焰龙卷风。

实验结果：

优点：彩色的火焰宛如麻花缠绕，形象地展示了不同金属的焰色反应，装置小，便于推广和使用。

缺点：由于是微型化的装置，不够剧烈。

四、进一步改进设想

变手动为电动，电动变成可调速度的转动，在某一固定转速下，达到现象的完美。

参考文献

[1] 宋心琦，普通高中课程标准实验教科书化学（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2012

[2]宋心琦，普通高中課程标准实验教科书化学（选修3）[M].北京：人民教育出版社，2012

[3]曹广雪，神奇的催化剂[J].化学教育，2014（1）：70-71