绿色化学下焰色实验的改进浅议

前言：本站为你精心整理了绿色化学下焰色实验的改进浅议范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

摘要：基于绿色化学理念对焰色实验进行改进，以期能够克服以往实验现象不明显、操作烦琐等不足。以消除干扰实验现象的杂色为出发点，探究以不同浓度的乙醇溶液作为燃烧剂，以铝屑、沸石等作为载体灼烧金属盐粉末，结果表明，实验持续时间更长，效果更明显，且能节约资源，避免污染。对教材内容进行二次开发，方便学生实验的开展，并在实验教学中培养学生科学态度与社会责任的学科核心素养。

关键词：绿色化学；焰色实验；实验改进

绿色化学，又称环境友好化学，其理念的核心内涵是在反应过程和化工生产中尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质[1]。在化学实验教学中，从节约资源和避免污染两个方面改革以往化学实验是其根本目标[2]。焰色实验是人教版《高中化学(必修1)》第2章第1节《钠及其化合物》中的教学内容，是学生认识和完善这部分知识结构的重要手段，同时，教师还可根据物质灼烧时呈现的焰色特征引导学生鉴别常见物质，进一步拓展物质鉴别体系。因此本实验在高中化学教学中占有重要的地位。教材中使用铂丝或者干净的铁丝蘸取饱和金属盐溶液在酒精灯外焰上灼烧，经过“洗→烧→蘸→烧→洗”五个步骤进行焰色实验，除存在铂丝昂贵、操作烦琐、实验效果不明显等不足以外，还有两个重要的缺陷。第一，在探究钾离子的焰色时，需透过蓝色钴玻璃过滤黄光，但在实验操作过程中，透过蓝色钴玻璃观察其他离子的焰色时会发现均呈淡紫色[3]，这无疑会引发学生的认知冲突。第二，在使用盐酸溶液清洗铂丝或者铁丝时，由于盐酸具有挥发性，会危害师生身体健康。本文基于绿色化学理念，对焰色实验的燃烧剂、燃烧方式进行改进，优化实验效果，为广大教师的实验开展提供了参考。

一、焰色实验的改进方法

1.实验的前期准备

(1)实验仪器与药品易拉罐、铝屑(或沸石等)、50%的乙醇溶液、药匙、长柄打火机、待测试样(如氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化钡、硫酸铜等固体)。(2)探究不同浓度的乙醇溶液对火焰颜色的影响在20℃的环境温度下分别配制浓度为40%，50%，60%，70%，80%，90%，95%的乙醇溶液，各取5ml置于倒扣的易拉罐中，分别在光亮条件和黑暗环境中点燃，点燃之后观察焰色，并记录火焰高度与燃烧时间。(3)探究不同金属盐载体对乙醇燃烧火焰颜色的影响在2个倒扣的易拉罐底部分别加入一药匙铝屑和一团钢丝球，然后分别加入50%的乙醇溶液5mL，点燃，观察乙醇燃烧的火焰颜色。

2.焰色实验的步骤

第一步，取5个干净的易拉罐倒扣于桌面上，每两个易拉罐间隔10cm。第二步，在每个倒扣的易拉罐底部各加一勺铝屑，以铺满易拉罐底部为宜。第三步，在易拉罐底部各加入50%的乙醇溶液5mL。第四步，分别加入一药匙待测金属盐固体，并用长柄打火机点燃，观察现象。

二、实验结果与讨论

1.探究不同浓度的乙醇溶液对火焰颜色和高度的影响

在20℃的环境温度下点燃不同浓度的乙醇溶液(从左至右分别为40%，50%，60%，70%，80%，90%，95%)，其火焰效果见图1、图2。根据实验可知，40%和50%的乙醇溶液在黑暗条件下燃烧火焰呈蓝色，在光亮条件下接近无色；60%的乙醇溶液有少许黄光；70%及以上浓度的乙醇溶液点燃时成黄色，且火焰颜色随着浓度的增大而越发明显。不同浓度乙醇溶液的燃烧时间和火焰高度见表1。由表1可知，随着乙醇浓度的增大，燃烧时间逐渐增长，火焰高度也随之增高。此外，笔者发现40%及以下浓度的乙醇溶液点燃困难，点燃之后火焰高度低且跳动明显，容易熄灭，不利于观察现象。综合以上分析来看，50%左右的乙醇溶液燃烧时间约为2min，能够留给学生充足的时间观察实验现象，且火焰高度为7cm，无黄色火焰的干扰，适合用于焰色实验的开展。本实验对乙醇溶液浓度进行探究，确定了进行焰色实验最优的浓度。教师在实验开始前只需对无水乙醇进行稀释，操作简单，但需注意环境温度对乙醇溶液燃烧焰色的影响[4]，依据季节温度变化对乙醇浓度进行适当调整，例如环境温度越高，则需降低乙醇溶液的浓度。

2.探究不同金属盐载体对乙醇燃烧火焰颜色的影响

在倒扣的2个易拉罐底部分别放入铝屑和钢丝球，然后各加入50%的乙醇溶液5mL。点燃后，其火焰颜色见图3、图4。由实验可知：使用铝屑作为金属盐载体时，火焰颜色呈蓝色，而使用钢丝球[5]时则出现较多的红黄色。家用钢丝球的主要成分为不锈钢，不锈钢中含有C，Cr，Ni等元素，会对实验造成干扰。另外，铝屑可增大金属盐试剂与氧气的接触面积，并且清洗干净之后可以重复使用，因此可充分渗透环保理念。教材中的焰色实验采用铂丝或者干净的铁丝蘸取试样溶液，置于酒精灯外焰上灼烧来观察焰色，以避免喷洒使试剂飘散在空气中对师生身体健康造成危害[6-7]。但在实际实验中，为了能得到明显的实验现象，通常需要配制高浓度的试样，但蘸取试样时又往往只需要很少的量，且液体试剂相较于固体试剂而言不便于保存，因此会造成实验药品的浪费。此外，铂丝属于贵金属，多次使用对铂丝也有损伤，这使得实验成本较高。在本实验中，直接采用金属盐固体(一般只需一药匙的量)，利用铝屑的形态增大了与氧气的接触面积，且实验中只需将其置于50%的乙醇溶液中点燃，省去了配制饱和溶液的麻烦，也减少了实验药品的浪费，有效简化了实验准备工作。此外，钾元素的焰色更加直观，无需透过蓝色钴玻璃即可观察到，有效避免了透过蓝色钴玻璃看钠、钙等元素均呈淡紫色火焰而影响分辨的问题。考虑到有的学校较难找到铝屑，也可使用其他物品代替，替代物需满足如下条件：加入乙醇点燃后无焰色、相对表面积大、只起到增大与氧气接触面积的作用，例如沸石、活性炭等都可以。沸石、活性炭均为高中化学实验室中的常见物品，沸石使用后清洗干净不影响后续使用；活性炭价格低廉，便于日常实验教学，经过实验验证后符合实验要求，能得到明显的实验现象。

3.焰色实验的改进实验结果

使用本方法进行实验，各种试样的焰色实验结果(从左至右分别是氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化钡、硫酸铜)见图5、图6。图5光亮条件下不同试样在50%的乙醇溶液中燃烧图6黑暗条件下不同试样在50%的乙醇溶液中燃烧由实验可知，氯化钠焰色为黄色；相比于氯化钠的焰色，可清晰看到氯化钙焰色偏红，呈砖红色；直接使用氯化钾固体，火焰接近蓝色，无黄色火焰干扰，因此无须透过蓝色钴玻璃也可观察到氯化钾的焰色；氯化钡和硫酸铜的火焰均为绿色，且氯化钡焰色明显偏黄，呈黄绿色。总体来说，本实验燃烧时间大约为2min，学生有充足的时间观察实验现象，克服了以往实验操作烦琐、现象不明显等不足。

三、结语

本实验主要从消除干扰实验现象杂色的角度出发，对燃烧剂、燃烧方式进行改进，大大简化了实验准备工作，降低了实验成本，同时所选用的实验用品均易获得，并能实现循环利用，使焰色实验简便化、直观化、绿色化，从而将绿色化学理念切实贯彻于实验教学中，增强了学生的创新意识与社会责任意识，充分发挥了化学实验的教学功能。

参考文献

[1]朱清时.绿色化学与可持续发展[J].中国科学院院刊,1997(6):415-420.

[2]周建国.绿色化学与化学实验绿色化的研究[J].实验室科学,2006(4):56-57.

[3]高应奇.对观察钾的焰色反应方法的质疑与建议[J].化学教育,2000(5):37.

[4]叶永谦,叶一勤,叶燕珠,等.乙醇燃烧火焰颜色变化的实验探究[J].化学教学,2020(6):77-80.

[5]陶慧玲.焰色反应实验的新设计[J].化学教学,2018(3):64-66.

[6]汪斌权.“焰色反应”研究性学习探讨[J].化学教学,2004(Z2):30-31.

[7]姚志江,丰忆贫.“焰色反应”的实验改进[J].新课程学习(综合),2010(10):106.

作者:杜蕊 岳莎莎 刘海英 叶发兵 单位:黄冈师范学院化学化工学院