焰色反应的实验改进

李健荣

摘要：中学化学教材中的焰色反应实验存在操作繁琐、钾元素焰色不明显等缺点。经实验探究对该实验作了改进，发现采用琼脂制备的固体酒精作为火源直接灼烧金属盐的方法，可以排除酒精灯黄色外焰的影响；增大火焰与试样的接触面积，具有良好的焰色反应效果。

关键词：焰色反应；琼脂；固体酒精；接触面积；实验改进

文章编号：1005–6629（2016）12–0059–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题提出

焰色反应是指某些金属或它们的化合物在灼烧时使火焰呈现特殊颜色的反应，是检验金属元素的重要方法。但是在实际操作中按照教材的实验方法很难得到良好的演示效果，其主要原因有以下几点：（1）使用酒精灯灼烧时，产生的火焰呈现黄色，在客观上会对其他金属离子的检验造成干扰；（2）观察钾元素焰色需要通过蓝色钴玻璃，而且观察的视线需要一定的角度；（3）用铂丝或铁丝蘸取的金属盐溶液量少，金属离子的焰色持续时间短；（4）该实验操作复杂，实验前后铂丝都要进行清洗，而且铂丝的价格相对昂贵[1]。

针对以上的不足，近年来许多文献提出了焰色反应的实验改进。通过对文献资料进行筛选整合，选取其中几种方法进行试验，发现都取得较好的实验效果，但是这些改进实验仍或多或少存在一些不足，现将其整理如表1所示。

综合教材的实验和上述几种改进实验的分析，火源对于焰色反应的效果有很大的影響，因此，制备一种无毒、环保、易于保存且火焰颜色接近无色的火源对实验十分重要。

2 无色火焰的制取

2.1 固体酒精的改进——琼脂固体酒精

固体酒精是一种常见的燃料，由于其使用方便、无污染、无烟等优点，因此被广泛用于餐饮业、旅游业和野外作业等场合。

固体酒精的种类和制作方法有很多种，但是不能直接选用市场上购买的固体酒精，因为市面上的固体酒精主要分为两类：（1）以硬脂酸、氢氧化钠和石蜡等物质为原材料进行制备。该固体酒精含有的钠元素对火焰颜色造成干扰，无法使用。（2）以硝化纤维为原材料进行制备。由于硝化纤维具有一定的危险性，因此不推荐使用[6]。

实验室常见制备固体酒精的方法是使用醋酸钙作为固化剂，利用醋酸钙在酒精和水中溶解度不同的原理进行制备，如李明立等[7]曾使用这种固体酒精，但是醋酸钙制备的固体酒精中含有钙元素，对其他元素的焰色造成一定的干扰。因此，我们应当选择一种对火焰颜色无影响且绿色环保的固化剂来代替醋酸钙。琼脂就是一种很好的选择。

琼脂是一种常见的食品增加剂，由于其具有凝固性和稳定性，常被用作凝固剂、稳定剂和保鲜剂，因此，琼脂可以代替醋酸钙作为固化剂。由于琼脂很难燃烧，制成的琼脂固体酒精在燃烧时不会有颜色干扰[8]，并且琼脂固体酒精在燃烧时不冒黑烟，没有异味，是一种环保型的固体酒精。

综合上述的分析，琼脂固体酒精是作为焰色反应的一种理想火源。

2.2 固体酒精燃烧方式的改进

固体酒精在燃烧时需要放置在表面皿等仪器中。经文献研究，一般盛放固体酒精的仪器分为三大类：（1）玻璃制品，如表面皿、玻璃片等。这些仪器含有钠元素，对火焰颜色会造成干扰。（2）陶瓷制品，如蒸发皿、坩埚等。这些仪器同样含有钠元素。（3）石棉网。石棉网是由石棉纤维制作而成的，含有钙元素，对火焰颜色也造成影响。为了排除这些载体对琼脂固体酒精的干扰，在实验操作过程中直接使用固体酒精灼烧金属盐粉末，如图1所示。

金属盐粉末放置在下层，琼脂固体酒精放置在金属盐表面进行燃烧。这样操作有以下3个优点：（1）金属盐粉末将琼脂固体酒精与表面皿进行隔离，可以排除载体仪器对火焰的影响。（2）固体酒精燃烧后是块状的，所以实验结束后可以用镊子将燃烧后的固体酒精取走，剩余的金属盐可以反复地进行实验，体现绿色化学的思想。（3）由于是直接用火焰燃烧金属盐，所以金属元素的焰色特别深，效果明显。

3 焰色反应的改进实验

3.1 实验仪器与试剂

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

试剂：蒸馏水、琼脂、无水乙醇、碳酸锂、氯化钠、溴化钾、氯化钙、氯化钡、氯化锶、氯化铜

3.2 琼脂固体酒精的制备

（1）用托盘天平称量0.2g的琼脂，并将称量的琼脂倒入烧杯中。

（2）用量筒量取10mL的蒸馏水，并倒入到装有琼脂的烧杯中。

（3）将装有琼脂和蒸馏水的烧杯置于石棉网上加热，至琼脂完全熔化。

（4）用量筒量取10mL无水乙醇，并倒入到熔化的琼脂中。

（5）停止加热，冷却一段时间后，即可得到固体酒精。

乙醇的火焰理论上应当是淡蓝色的，但是酒精灯的火焰却是呈黄色的，其原因是由于碳粒子激发出黄色光。那么为了得到淡蓝色的火焰，就要消除温度较高的碳粒子所激发的黄光。因此，在制备琼脂固体酒精时要加入一定量的蒸馏水来减少乙醇在单位时间内的燃烧量，从而避免碳粒子在高温区出现[9]。

蒸馏水和乙醇的比例多少才适宜？如果当蒸馏水与乙醇的比例较高时固体酒精无法点燃，当比例较低时乙醇的火焰对金属的焰色又造成干扰。为了达到最好的效果，通过制备不同体积比的琼脂固体酒精进行比较，如表2所示。

从表2的数据可以看出，当蒸馏水与乙醇的体积比为1：1或1.25：1的时候，火焰的焰色为淡蓝色。因此，本文在制备琼脂固体酒精时分别加入10mL蒸馏水和10mL无水乙醇（水醇比为1：1）。

3.3 焰色反应的操作

（1）取适量的溴化钾固体置于表面皿中，并在溴化钾固体的表面加入适量的琼脂固体酒精。

（2）点燃固体酒精。观察到琼脂固体酒精燃烧时，火焰与溴化钾固体接触面积较大，在不需要通过蓝色钴玻璃的情况下也能很清楚地观察到火焰颜色为紫色。

（3）更换其他的金属盐，重复上述实验，并记录各种金属元素的焰色。

4 总结与评价

琼脂固体酒精是一种环保型的固体酒精，使用它进行焰色反应实验具有以下几点优点：（1）不需要昂贵的铂丝，实验成本较低；（2）琼脂固体酒精燃烧时，火焰呈淡蓝色，可见度高，焰色反应面积大；（3）不用透过蓝色钴玻璃片即可很好地观察钾元素的焰色反应；（4）教师可以提前制备好固体酒精（固体酒精在密封的条件下可以保存较长的时间），在做演示实验时直接取出使用，简化实验操作；（5）固体酒精完全燃烧后，可用镊子直接取出，剩余的金属盐可以直接回收重复利用（因为焰色反应是由于金属元素的电子发生跃迁而产生的，是元素的物理性质，并非发生化学变化），体现出绿色化学的思想；（6）琼脂是生活中常见的凝固剂，广泛用于制造果冻、冰淇淋、糕点、软糖、凉拌食品等食品。使用琼脂作为实验材料，体现了从生活中学习化学，用化学指导生活的思想；（7）琼脂固体酒精的配方中，原料组分少，工艺制作简单，原材料来源广泛、造价低，而且一次性制取后，密封保存可以多次使用。

参考文献：

[1][3]林绮玲.“焰色反應”的创新实验研究[J].中学化学教学参考，2010，（6）：47～49.

[2][9]张帮程.用“喷雾法”在“废旧石棉网”上演示焰色反应实验[J].化学教学，2009，（6）：20～21.

[4]高凤梅，于清江，武剑.钾元素焰色反应的新方法[J].中学化学教学参考，2007，（1）：65.

[5]张喜恒.焰色反应实验的改进[J].中学化学教学参考，2015，（6）：23.

[6]张忠诚.固体酒精制备工艺的研究[J].山东工业大学学报，2000，30（6）：263～268.

[7][8]李明立，曹广雪.利用固体酒精进行的焰色反应[J].教学仪器与实验，2013，（12）：29.

[10]项云梅.焰色反应实验的改进[J].中学化学教学参考，2015，（8）：57.