焰色试验的再改进

摘要

焰色试验是高中化学教学中的经典实验之一，但常规焰色试验的现象并不明显。优化热源选择与改进加料方式，即可改进焰色试验。改进优点体现在：具有操作简单、现象明显、燃烧持续时间长、材料便宜易得等优点，能有效提升演示效果与教学实用性。

Graphical abstract

关键词

焰色试验 / 实验改进 / 酒精凝胶 / 现象明显

焰色试验是人教版高中化学必修第一册（2019年）第二章第一节“钠及其化合物”中的一个经典实验，是高中化学中重要的检验金属元素的定性实验，也是高一化学实验教学的重点内容之一。但常规的焰色试验的课堂演示效果并不理想，主要有以下两方面的原因。

（1） 热源：常规的焰色试验热源使用的是酒精灯或者煤气灯，但酒精灯火焰存在诸多弊端。①酒精灯火焰的黄色比较明显，使得钠元素的焰色现象不明显；②黄光对紫光有遮掩作用，使得检验钾元素时要通过蓝色钴玻璃，而蓝色钴玻璃本身颜色较深，导致很多学生无法判断观察到的是蓝色还是紫色；③酒精灯的诸多缺陷，使得实际焰色试验时只有铜元素的焰色现象比较明显，其他元素则很难观察，不利于学生鉴别金属离子。改用煤气灯效果会好很多，但很多学校并无煤气灯，加上煤气灯和煤气的燃烧方式存在一定的危险性，所以找到合适的热源变得至关重要。

（2） 加料方式：常规的焰色试验主要用的是铂丝或铁丝，在操作上要进行洗烧、蘸烧等操作，这样一来就会出现很多问题。①铂丝价格昂贵，很多普通中学根本没有；②铂丝在使用中容易脱落或折断；③不管用铂丝还是铁丝，每次蘸取的溶液很少，燃烧迅速结束，焰色不明显，往往还来不及观察就已经烧完了，课堂演示效果差，且每次只能演示一种焰色，不能同时观察几种不同金属的焰色；④常规的焰色试验操作过程复杂，尤其是洗烧，需要在检测元素前，将铂丝或铁丝蘸取盐酸在火焰中反复灼烧至与原来的火焰颜色相同后，方可进行下一步操作，但酒精灯的火焰颜色较明显，在实际操作中很难确认洗烧这个过程有没有完成。

1 实验改进要点

（1） 改进热源：查阅资料得知，甲醇和体积分数约70%的乙醇的火焰颜色较淡，适合作为焰色试验燃料^［1］。考虑到甲醇易挥发并对人体有害，则体积分数约70%的酒精成为更安全的选择，其中75%医用消毒酒精易于获取且无需复杂配制，但该液体酒精容易打翻或者飞溅而引发火灾，且具有挥发快、燃烧时间短的特点。对比实验后，最终选用成分相对简单、酒精体积分数为60%~70%的凝胶型免洗洗手液作为最佳燃料。该酒精凝胶便宜易得，燃烧时火焰接近无色，火焰大小适中，燃烧时间持久。

在选择好燃料后，用什么装酒精凝胶成为新的问题。初步尝试采用常规的小型蒸发皿或表面皿，开始时火焰效果良好，但燃烧一小段时间后，火焰逐渐显现黄色，尤其蒸发皿更为明显，对金属元素的检验产生干扰。经过分析，猜测不管是蒸发皿还是表面皿，里面都含有钠元素，燃烧时间一长，钠元素的黄光就会慢慢出现。查阅资料得知，铝元素在灼烧时不会产生特殊的焰色，于是决定采用铝箔烤杯。铝箔烤杯用于食品烘焙，具有体积小巧、铝质材料耐高温、热传导均匀等特点，最关键的是便宜易得。

经上述改进后，燃烧时火焰在自然光下接近无色且持续时间较长。同时，将铝箔烤杯放在铝箔烤盘内，既能隔热，防止燃烧时烧坏桌面，又方便移动，实现了装置的一体化，大大增加了实验的可操作性。

（2） 改进加料方式：传统加料方式存在诸多缺陷，受做饭时加食盐、味精、花椒粉等调味品的启示，笔者进行了大胆创新，使用调料瓶来装待测样品，做实验时将固体样品像加食盐一样加到火焰上，取得了非常理想的效果。首先，这样的加料方式相对于铂丝蘸取，加入的样品较多，焰色更明显，持续时间也更长；其次，调料瓶相当于广口瓶，密封性好，可以在瓶子的表面贴上标签，且能多次使用，方便在不同班级进行演示实验。

2 实验器材

（1） 实验仪器：铝箔烤杯、调料瓶、铝箔烤盘、石棉网、火柴。

（2） 实验药品：酒精凝胶型免洗洗手液、氯化钠粉末、氯酸钾粉末、无水氯化钙粉末、无水硫酸铜粉末、氯化钡粉末、混合粉末。

3 实验装置及用品

实验装置及用品如图1所示。

4 实验操作

（1） 分别向调料瓶中加入氯化钠、氯酸钾、氯化钡、无水氯化钙、无水硫酸铜，以及前面几种化合物的混合粉末，并贴好标签，备用。其中，加入混合粉末是为了模拟节日燃放的五彩缤纷的烟花，一方面可以提高实验的趣味性，另一方面可以让学生在实验过程中真实感受到化学的魅力。

（2） 先将6个铝箔烤杯放在铝箔烤盘中，再将适量的酒精凝胶加入铝箔烤杯中，随后用火柴点燃酒精凝胶。

（3） 利用调料瓶向火焰上均匀地撒入上述6种固体盐粉末，立即观察焰色，记录实验现象。

（4） 实验结束，用石棉网盖灭未燃尽的酒精。

5 实验结果

酒精凝胶加铝箔烤杯的组合，使燃烧时火焰在自然光下接近无色。为证明此时酒精凝胶正在燃烧，拿一根火柴靠近烤杯，火柴被点燃，证明此时酒精凝胶正在燃烧，只是火焰颜色太浅，看不出来。图2展示了几种元素的焰色效果，从中可看出各元素的焰色非常明显，尤其是钾元素，不再需要透过蓝色钴玻璃，就能直接观察到紫色。将烤杯放在铝箔烤盘内，实现了装置的一体化，可同时观察到多种金属的焰色，这是常规操作所不能实现的。

6 实验效果评价

（1） 酒精凝胶型免洗洗手液、铝箔烤杯、铝箔烤盘等实验材料方便易得，大大增加了实验的可操作性。

（2） 酒精凝胶加铝箔烤杯的组合，燃烧时火焰接近无色，基本上消除了火焰颜色对金属元素检验的干扰。强调一点，在观察钾元素的焰色时，不再需要透过蓝色钴玻璃，就可以直接观察到；而在观察其他金属元素时，现象变得更为明显，尤其是钠，可以看到钠的本色——黄色。

（3） 改进后的实验操作步骤少、操作简单，省去了洗烧等麻烦的环节，且不同金属待测物装在不同的调料瓶中，只要贴上标签，就可以多次使用。

（4） 装置实现一体化，可以同时观察多种金属的焰色，便于对比记忆，提高了学生的兴趣。

参考文献

[1] 张海霞，任雪明.发现身边的化学，激发实验的乐趣：巧用微型雾化消毒机改进焰色试验［J］.化学教与学，2023（14）：92-94.