馮雪琦 趙 倩 楊 飛 張俊松 馬宏佳

（南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 江蘇 南京 210097）

一、活動(dòng)設(shè)計(jì)的背景

近年來，家庭或餐館利用火鍋用餐、野外作業(yè)和旅游野餐者，常使用固體酒精作燃料。固體酒精無煙、無污染、燃燒值大，制作簡(jiǎn)單、使用方便。利用固體酒精的火焰演示焰色反應(yīng)，顏色各異的火團(tuán)可讓坐在教室最后一排的同學(xué)也看得非常清楚，可以克服焰色反應(yīng)現(xiàn)象不明顯的弊端。本活動(dòng)串聯(lián)“固體酒精的制備［1］”和“具有觀賞性的焰色反應(yīng)”［2］，設(shè)計(jì)了一系列活動(dòng)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

二、活動(dòng)設(shè)計(jì)的原理

固體酒精并不是固體狀態(tài)的酒精，酒精的熔點(diǎn)很低，為－117℃，常溫下不可能是固體。固體酒精是酒精與醋酸鈣的混合物。酒精和水可以任意比例混溶，醋酸鈣易溶于水，難溶于酒精。當(dāng)飽和醋酸鈣與酒精溶液混合時(shí)，飽和醋酸鈣溶液中的水溶解于酒精中，致使醋酸鈣從酒精溶液中析出，形成凝膠，并將酒精包裹在其孔隙中，生成半固態(tài)的凝膠狀物質(zhì)，即為固體酒精。

點(diǎn)燃固體酒精，用噴壺將氯化鉀、氯化鈉、氯化銅等鹽的甲醇溶液噴向固體酒精的火焰即可產(chǎn)生絢麗的彩色火焰。

三、活動(dòng)過程設(shè)計(jì)

1．用品準(zhǔn)備

量筒、燒杯、石棉網(wǎng)、三角架、火柴、噴壺等；95%酒精、飽和醋酸鈣溶液、飽和氯化鉀、氯化銅、氯化錳、氯化鍶、氯化鋰的甲醇溶液等。

2．固體酒精的制作

（1）配制飽和醋酸鈣溶液。量取250mL蒸餾水注入500mL燒杯中，加入適量醋酸鈣制成飽和醋酸鈣溶液，過濾后置于300mL試劑瓶中并貼上標(biāo)簽待用。

（2）將95%乙醇與飽和醋酸鈣溶液混合。酒精與飽和醋酸鈣混合前呈液態(tài)，混合后呈半固態(tài)的凝膠狀物質(zhì)——“膠凍”，即使將燒杯倒置，“膠凍”也不會(huì)滑落。

活動(dòng)時(shí)，我們請(qǐng)一位同學(xué)來混合酒精和飽和醋酸鈣溶液，請(qǐng)他將左手燒杯中的溶液倒入右手的燒杯中，再將右手燒杯中的溶液倒入左手的燒杯中。這時(shí)同學(xué)們會(huì)看到右手燒杯中已不是溶液了，也倒不出來了，會(huì)覺得非常奇怪。為了達(dá)到這樣的實(shí)驗(yàn)效果，關(guān)鍵在于酒精與飽和醋酸鈣溶液的體積比。

表1．酒精與飽和醋酸鈣溶液最佳體積比的確定

根據(jù)表1可得，酒精與飽和醋酸鈣的體積比為 2∶1、2．5∶1、3∶1 時(shí)膠凍無法從燒杯中倒出。 觀察這三個(gè)比例的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：比例為2．5∶1時(shí)，燒杯中的液體最少，故確定酒精與飽和醋酸鈣的體積比為2．5∶1。如果兩溶液混合的過程是“邊加邊攪拌”，有文獻(xiàn)［3］報(bào)道最佳體積比為 5∶1。

3．焰色反應(yīng)

（1）配制氯化鉀等飽和甲醇溶液。分別量取150mL甲醇注入5只250mL燒杯中，再分別加入適量氯化鉀、氯化銅、氯化錳、氯化鍶、氯化鋰制成飽和鹽溶液，過濾后分別置于250mL噴壺中并貼上標(biāo)簽待用。

（2）將制得的固體酒精放在石棉網(wǎng)上點(diǎn)燃，用分別盛有氯化鉀、氯化銅、氯化錳、氯化鍶、氯化鋰的甲醇溶液的噴壺，向點(diǎn)燃的固體酒精外焰上方噴射各種鹽的甲醇溶液，可見火焰迅速變成壯觀的彩色火球。

3．活動(dòng)拓展

圍繞這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以開展以下一系列活動(dòng)，如：

（1）探究酒精和飽和醋酸鈣溶液的體積比

設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，以“固體酒精”能否從燒杯中倒出為衡量標(biāo)準(zhǔn)，確定酒精和飽和醋酸鈣的最佳體積比。經(jīng)查閱資料，學(xué)生在文獻(xiàn)［3］中發(fā)現(xiàn)酒精和飽和醋酸鈣的體積比為5∶1。因此，學(xué)生設(shè)計(jì)以酒精和飽和醋酸鈣體積比分別為 1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、…1 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并做好實(shí)驗(yàn)記錄。若所得最佳比例與文獻(xiàn)［3］不一致，試分析原因。

（2）分析固體酒精的火焰顏色

固體酒精的火焰顏色與酒精燈的淡藍(lán)色火焰是不同的，固體酒精的火焰顏色為橙紅色，這是為什么呢？有學(xué)生提出這可能與焰色反應(yīng)有關(guān)：固體酒精中含有醋酸鈣，火焰的顏色很有可能就是醋酸鈣的焰色！經(jīng)過查閱資料，醋酸鈣的焰色為橙紅色，與該固體酒精的火焰顏色一致。但為什么利用固體酒精的火焰還可以看到其他鹽類的明顯的焰色呢？試分析原因。

（3）猜一猜是哪種金屬及其化合物的焰色

取盛有氯化鉀、氯化銅、氯化錳、氯化鍶、氯化鋰的甲醇溶液的噴壺，分別向點(diǎn)燃的固體酒精外焰上方噴射2～3次鹽的甲醇溶液。觀察火焰的顏色，并讓學(xué)生猜測(cè)焰色所對(duì)應(yīng)的鹽類。在教材中需要使用藍(lán)色鈷玻璃方能觀察到的鉀的紫色焰色在該實(shí)驗(yàn)中可通過肉眼直接觀察；MnCl2和NaCl的焰色類似，學(xué)生很難區(qū)別兩者，這也說明具有黃色焰色的化合物并不一定就是NaCl，還有可能是MnCl2；不太常見的化合物 SrCl2、LiCl等的焰色，非常漂亮奪目，一般學(xué)生不易猜出，但也會(huì)有知識(shí)面寬的學(xué)生知道，猜出者可給予一定獎(jiǎng)勵(lì)。

以上活動(dòng)曾在全省初中化學(xué)教師實(shí)驗(yàn)技能電視展演上表演，獲得廣泛好評(píng)。

（以上實(shí)驗(yàn)照片均見本期封底）

［1］ 李彩玲．趣味實(shí)驗(yàn)—制取彩色的“固體”酒精［J］．中學(xué)生數(shù)理化（高中版），2004，（8）：124

［2］ 徐惠，馬宏佳．具有觀賞性的焰色反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)［J］．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2004，（3）：38

［3］ 金獻(xiàn)海．化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn) ［J］．中學(xué)生數(shù)理化，2005，（11）：86