趙建勛
(天津市第一商業(yè)學(xué)校,天津市 300180)
日常生活中五顏六色的煙花、煙火的制作方法就是利用了焰色反應(yīng)的原理。焰色反應(yīng)是一種非常實(shí)用且古老的定性實(shí)驗(yàn)的分析法。最早記載于我國(guó)南北朝時(shí)期的著名煉丹家和醫(yī)藥大師陶弘景(456-563)所著的《本草經(jīng)集注》中?!耙曰馃锨酂熎?,云是真硝石也”。這就說(shuō)明了我國(guó)人民在很早的時(shí)候就知道利用焰色反應(yīng)來(lái)鑒別硝酸鉀。在現(xiàn)實(shí)生活、工作和學(xué)習(xí)中我們也經(jīng)常接觸到焰色反應(yīng)的現(xiàn)象。例如在家里做飯的時(shí)候,不小心將食鹽、純堿等調(diào)料播撒到煤氣灶的火焰上就會(huì)看到耀眼的黃光。又如,中職制冷專業(yè)的銅管焊接技能操作中,當(dāng)銅焊條經(jīng)過(guò)乙炔焰進(jìn)行釬焊焊接時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)火焰呈現(xiàn)出綠色,這些都說(shuō)明鈉及鈉的化合物的焰色反應(yīng)呈黃色,銅及銅的化合物的焰色反應(yīng)呈綠色。因此,焰色反應(yīng)在當(dāng)代化學(xué)教育中的作用和地位是毋庸置疑的,它是一種有趣而引人入勝的演示實(shí)驗(yàn),常給學(xué)生留下深刻的印象,對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣起到了積極的促進(jìn)作用。
在各種化學(xué)教材中,傳統(tǒng)的焰色反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)用品和操作步驟均基本相同。本文提到的傳統(tǒng)的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是依據(jù)中等職業(yè)教育課程改革國(guó)家規(guī)劃新教材《化學(xué)(通用類)》(第三版)第四章重要的金屬及其化合物,第三節(jié)重要金屬離子的檢驗(yàn)中的內(nèi)容。
1.實(shí)驗(yàn)儀器:焊在玻璃棒上的鉑絲(或用光潔無(wú)銹的鐵絲)、酒精燈(或煤氣燈)、藍(lán)色鈷玻璃、燒杯
2.實(shí)驗(yàn)藥品:碳酸鈉溶液或固體、碳酸鉀溶液或固體、稀鹽酸溶液
3.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)把焊在玻璃棒上的鉑絲(或用光潔無(wú)銹的鐵絲)放在酒精燈(最好用煤氣燈)的外焰里灼燒,至與原來(lái)的火焰顏色相同時(shí)為止。用鉑絲(或鐵絲)蘸取氯化鈉溶液,在外焰上灼燒,觀察火焰焰色。
(2)將鉑絲(或鐵絲)用鹽酸洗凈后,在外焰上灼燒至沒(méi)有顏色時(shí),再蘸取氯化鉀溶液做同樣的實(shí)驗(yàn),此時(shí)要透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃觀察火焰的顏色。
(3)重復(fù)(2)步驟可以蘸取其他化學(xué)藥品觀察焰色反應(yīng)的現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:通過(guò)觀察可知,鈉及鈉的化合物的顏色反應(yīng)為黃色、鉀及鉀的化合物焰色反應(yīng)為紫色。常見(jiàn)金屬的顏色反應(yīng)如表1所示。
表1 常見(jiàn)金屬的焰色反應(yīng)
傳統(tǒng)焰色反應(yīng)方法的不足主要體現(xiàn)在:
第一,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯甚至無(wú)現(xiàn)象。由于酒精燈的燈芯經(jīng)常含有雜質(zhì),因此本應(yīng)該呈現(xiàn)出酒精燃燒的藍(lán)色火焰中往往存在著黃光,因此不能判斷出鈉的化合物焰色反應(yīng)呈現(xiàn)的黃光是藥品本身的焰色反應(yīng)還是酒精燈火焰中的焰色。
第二,實(shí)驗(yàn)過(guò)程煩瑣。為了濾去鉀的化合物中因?yàn)榇嬖谥倭库c鹽雜質(zhì)產(chǎn)所生的黃光,觀察鉀的化合物的顏色反應(yīng)時(shí)要透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃,這造成了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的煩瑣,同時(shí)鈷玻璃本身顏色較深且呈現(xiàn)藍(lán)色,因此觀察的現(xiàn)象也不太明顯。
基于以上傳統(tǒng)焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的方法和不足,筆者根據(jù)10多年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)并借鑒其他教師的創(chuàng)新試驗(yàn)方法開(kāi)展多種探究性試驗(yàn),通過(guò)分析各種探究性試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn),選擇出更好的試驗(yàn)方法,以期簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟,強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)效果,達(dá)到實(shí)驗(yàn)探究的目的。
1.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)取一條細(xì)鐵絲,一端用砂紙擦凈,彎成一個(gè)小圈再在酒精燈外焰上灼燒至無(wú)黃色火焰。
(2)用該端鐵絲蘸一下水,再蘸一些待鑒定的藥品粉末。
(3)點(diǎn)燃一盞新的酒精燈(燈頭燈芯要干凈、酒精要純凈)
(4)把沾有藥品粉末的鐵絲放到外焰尖上灼燒,這時(shí)外焰尖上就會(huì)出現(xiàn)焰色反應(yīng)。
2.優(yōu)缺點(diǎn)分析
(1)優(yōu)點(diǎn):本方法觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較為明顯,與傳統(tǒng)方法類似,適合教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)的展示。
(2)缺點(diǎn):本方法要求實(shí)驗(yàn)的條件比較嚴(yán)格,例如鐵絲必須經(jīng)過(guò)砂紙打磨、擦凈;酒精燈燈芯和燈頭必須是新的,酒精必須純凈避免帶有雜質(zhì)等。使用該方法時(shí),教師演示實(shí)驗(yàn)較易做到,但學(xué)生實(shí)驗(yàn)因大多數(shù)酒精燈的燈頭燈芯都不太干凈而很難看到焰尖,因此在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生將沾有藥品粉末的鐵絲放在外焰中任意藍(lán)色火焰的部位灼燒,只要能看到與藍(lán)色不同的顏色就為金屬的焰色反應(yīng)。
1.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)用鑷子取一小團(tuán)脫脂棉,吸收少量酒精(95%乙醇),將棉花上的酒精擠干,至沒(méi)有多余的酒精滴落為止。
(2)用該吸收酒精的棉花蘸一些待鑒定的藥品粉末。鑒定不同的藥品粉末應(yīng)當(dāng)取用不同的酒精棉花。
(3)將沾有藥品的酒精棉花在酒精燈上引燃,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,能夠觀察到不同金屬的焰色反應(yīng)。
2.優(yōu)缺點(diǎn)分析
(1)優(yōu)點(diǎn):本方法運(yùn)用脫脂棉吸收酒精后蘸取藥品粉末進(jìn)行試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)效果較為明顯,同時(shí)操作簡(jiǎn)單易行。
(2)缺點(diǎn):本實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間短。由于運(yùn)用棉花吸收酒精,務(wù)必將棉花上多余的酒精擠干,避免多余的酒精在酒精燈上灼燒時(shí)滴落造成安全隱患。棉花在酒精燈灼燒時(shí)避免時(shí)間過(guò)長(zhǎng),否則棉花燃燒起來(lái),會(huì)呈現(xiàn)出黃色火焰,影響實(shí)驗(yàn)效果。
1.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)用鑰匙取少量待鑒定的藥品粉末放入到點(diǎn)滴板的孔穴內(nèi)。不同的待鑒定藥品加入不同的孔穴內(nèi)。
(2)向每一個(gè)孔穴內(nèi)滴加1mL左右的酒精,酒精的高度以低于點(diǎn)滴板的孔穴邊緣為宜,防止乙醇流入旁邊的孔穴內(nèi)。
(3)點(diǎn)燃酒精觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,同時(shí)可以用潔凈的鉑絲和鐵絲進(jìn)行不斷的攪動(dòng)。以便待鑒定的藥品充分反應(yīng)。
2.優(yōu)缺點(diǎn)分析
(1)優(yōu)點(diǎn):本方法運(yùn)用酒精在點(diǎn)滴板上燃燒進(jìn)行焰色反應(yīng)試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)效果較為明顯,同時(shí)操作簡(jiǎn)單易行,適用于學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)。用鉑絲或鐵絲進(jìn)行不斷攪動(dòng)可以明顯地看到焰色反應(yīng),尤其是酒精快燒完時(shí)現(xiàn)象更為明顯。
(2)缺點(diǎn):本實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間較短。由于點(diǎn)滴板孔穴比較小,該方法不適用于教師的演示實(shí)驗(yàn),比較適用于學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師應(yīng)進(jìn)行指導(dǎo),避免酒精燈燃燒時(shí)帶來(lái)安全隱患。同時(shí),避免酒精流入旁邊的孔穴中防止金屬離子混合,影響實(shí)驗(yàn)效果。
1.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)在兩個(gè)鐵架臺(tái)之間固定一根長(zhǎng)約30厘米的玻璃棒。
(2)將脫脂棉制成長(zhǎng)30cm、寬3cm的長(zhǎng)條并用酒精浸潤(rùn)。
(3)將浸有酒精的棉花條按照一定的順序依次纏繞在玻璃棒上。
(4)配置待鑒定的金屬鹽飽和溶液,將飽和溶液滴加在棉花條上,點(diǎn)燃棉花條,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
2.優(yōu)缺點(diǎn)分析
(1)優(yōu)點(diǎn):本實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瑫r(shí)觀察到多種金屬的焰色反應(yīng),便于學(xué)生加以對(duì)比,更直觀地了解和掌握幾種常見(jiàn)金屬的焰色反應(yīng)現(xiàn)象,起到了加深和鞏固的作用。同時(shí)本方法操作簡(jiǎn)便,材料易取,如果沒(méi)有脫脂棉可以用浸潤(rùn)酒精的衛(wèi)生紙來(lái)代替,也能取得較好的實(shí)驗(yàn)效果。此裝置能夠較長(zhǎng)時(shí)間放置并可以多次反復(fù)使用,使用時(shí)只需將酒精滴加在棉花條上使棉花條浸透即可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。
(2)缺點(diǎn):本實(shí)驗(yàn)由于需將棉花條進(jìn)行浸潤(rùn)因此對(duì)酒精的消耗量較多。滴加待鑒定物質(zhì)飽和溶液的時(shí)候應(yīng)每隔2-3cm滴加一種,以便于學(xué)生觀察不同種金屬鹽溶液所表現(xiàn)出的不同的焰色反應(yīng)。如果滴加兩種待鑒定物質(zhì)飽和溶液間距較近,會(huì)造成兩種金屬焰色反應(yīng)之間的干擾。同時(shí)長(zhǎng)期使用本裝置時(shí),隨著酒精浸透次數(shù)增多,由于酒精的浸潤(rùn)作用會(huì)使棉花條上的金屬離子混合,降低實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的效果。
1.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)向干凈的蒸發(fā)皿中倒入約10mL酒精點(diǎn)燃,此時(shí)能看到蒸發(fā)皿中的酒精燃燒呈現(xiàn)出淡藍(lán)色火焰。
(2)用鑰匙分別取研細(xì)后碳酸鉀、碳酸鈉固體粉末向酒精燈火焰上進(jìn)行播撒,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
(3)注意藥品播撒的前后順序,焰色反應(yīng)現(xiàn)象不明顯的藥品先進(jìn)行播撒、焰色反應(yīng)明顯的藥品后進(jìn)行播撒,以便于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。例如:觀察鉀的焰色反應(yīng)和鈉的焰色反應(yīng)時(shí)應(yīng)先播撒鉀的化合物固體粉末,再播撒鈉的化合物固體粉末,以便于觀察現(xiàn)象。
2.優(yōu)缺點(diǎn)分析
(1)優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)便,不用使用過(guò)多的實(shí)驗(yàn)儀器,只需要蒸發(fā)皿即可;現(xiàn)象明顯,由于使用酒精在蒸發(fā)皿中燃燒,使火焰成為淡藍(lán)色便于實(shí)驗(yàn)觀察。在播撒鉀的化合物固體粉末時(shí)不需要焰色反應(yīng)即可觀察到紫色火焰,現(xiàn)象明顯。在進(jìn)行鈉的化合物固體粉末播撒時(shí)也能看到明顯的黃色火焰,沒(méi)有受到前面實(shí)驗(yàn)藥品的干擾。
(2)缺點(diǎn):本實(shí)驗(yàn)方法唯一的缺點(diǎn)就是藥品使用量比較大,不僅酒精使用量較多,試驗(yàn)藥品在播撒過(guò)程中也造成大量的浪費(fèi)。同時(shí),反應(yīng)后的蒸發(fā)皿中的藥品無(wú)法區(qū)分、回收和利用,增加了試驗(yàn)成本。
1.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)本實(shí)驗(yàn)中使用化妝品的噴瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn),最好選用新購(gòu)買的化妝品噴瓶,避免瓶?jī)?nèi)有其他雜質(zhì)。
(2)將待鑒定的固體藥品粉末配制成飽和水溶液,將藥品飽和溶液與無(wú)水乙醇(95%的乙醇也可以,但應(yīng)適當(dāng)提高藥品飽和水溶液的比例)按體積比為1:9的比例先后注入至燒杯中。
(3)待乙醇注入燒杯后混合溶液會(huì)變渾濁,此時(shí)應(yīng)使用玻璃棒進(jìn)行攪拌,使混合溶液混合均勻,靜置一段時(shí)間后將上層清液倒入噴瓶中。
(4)將噴瓶在酒精燈火焰上進(jìn)行噴射,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
2.優(yōu)缺點(diǎn)分析
(1)優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)便,不需要專用化學(xué)儀器,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,易于學(xué)生觀察,在觀察鉀的化合物的焰色反應(yīng)時(shí)不需要透過(guò)藍(lán)色鈷玻璃即可觀察到明顯的紫色。噴射出來(lái)的火焰具有強(qiáng)烈的震撼感和視覺(jué)沖擊,能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并能夠使學(xué)生終生牢記。并且噴瓶密封性較好,且專瓶專用。能夠?qū)⒒旌先芤洪L(zhǎng)時(shí)間存放,便于多次使用。
(2)缺點(diǎn):噴瓶應(yīng)新購(gòu)置,增加了試驗(yàn)成本,但是噴瓶是專瓶專用且能夠重復(fù)使用。該方法不適用學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn),如學(xué)生噴射方向不當(dāng)容易發(fā)生意外事故。
3.注意事項(xiàng)
(1)必須用藥品飽和水溶液與乙醇配置成混合溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn),不得將固體藥品粉末與乙醇混合制取溶液,由于鹽類均不易溶于乙醇,因此藥品在乙醇溶液中含量過(guò)少,實(shí)驗(yàn)效果不明顯。
(2)當(dāng)時(shí)間緊迫時(shí),可將藥品飽和水溶液與乙醇按比例直接倒入至噴瓶中,經(jīng)充分搖勻震蕩后也可以開(kāi)展實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)效果尚可,但會(huì)存在過(guò)量的藥品粉末堵塞噴瓶,使藥液無(wú)法噴出的情況。
(3)噴瓶在酒精燈火焰上噴射火焰時(shí)切不可對(duì)著他人或易燃的物質(zhì),以防止發(fā)生傷人、火災(zāi)等安全隱患。
綜上所述,通過(guò)探究性試驗(yàn)和綜合分析,在以上各種方法中,乙醇噴霧法是最適合進(jìn)行焰色反應(yīng)演示和代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焰色反應(yīng)的方法。
教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出:深入推進(jìn)思政課程與課程思政在實(shí)施“五育并舉”上同向同行,實(shí)現(xiàn)德智體美勞的統(tǒng)一。焰色反應(yīng)及其探究性試驗(yàn)?zāi)軌驈奶嵘龑W(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、職業(yè)素養(yǎng)、環(huán)保理念等多方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行中職化學(xué)課程思政教育,進(jìn)而為學(xué)生學(xué)習(xí)其他公共基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程以及思政課程提供支持與保障,確?!罢n程思政”與“思政課程”同向同行。
教師帶領(lǐng)學(xué)生探究焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn),首先分析傳統(tǒng)的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)及操作步驟,剖析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的不足,然后組織學(xué)生開(kāi)展探究性試驗(yàn),分別總結(jié)出鐵絲蘸藥法、棉花蘸藥法、點(diǎn)滴板實(shí)驗(yàn)法、酒精棉條法、藥品播撒法、乙醇噴霧法等。教師指導(dǎo)學(xué)生分析各種方法的優(yōu)缺點(diǎn),進(jìn)而尋找出最優(yōu)的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法,使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中體會(huì)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí),為將來(lái)提高學(xué)習(xí)和工作效率發(fā)揮積極作用。
根據(jù)《中等職業(yè)學(xué)校化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2020年)》,中等職業(yè)學(xué)?;瘜W(xué)課是醫(yī)藥衛(wèi)生類、農(nóng)林牧漁類、加工制造類等相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修課程。對(duì)于加工制造專業(yè)大類中的制冷和空調(diào)設(shè)備運(yùn)行與維修專業(yè)的學(xué)生,在進(jìn)行制冷維修專業(yè)課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)接觸到焊接銅管的實(shí)訓(xùn)操作。教師引導(dǎo)學(xué)生回憶焊接銅管實(shí)訓(xùn)操作時(shí)火焰顏色由黃色變?yōu)榫G色,使學(xué)生意識(shí)到這就是職業(yè)中的焰色反應(yīng),即銅和銅的化合物顏色反應(yīng)為綠色。進(jìn)而,教師在教學(xué)過(guò)程中提醒學(xué)生在焊接銅管的過(guò)程中要注意穿著工服,佩戴護(hù)目鏡和焊接手套,并準(zhǔn)備好滅火器以防意外發(fā)生,以幫助學(xué)生養(yǎng)成注重職業(yè)規(guī)范和職業(yè)安全的意識(shí)。
根據(jù)《天津市煙花爆竹安全管理辦法》相關(guān)規(guī)定,天津市已經(jīng)全面禁止燃放煙花爆竹。教師在講授焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,都會(huì)介紹五光十色的焰火是利用了焰色反應(yīng)的原理。通過(guò)教師介紹和引導(dǎo),使學(xué)生理解燃放煙花爆竹不僅會(huì)造成大氣污染,更會(huì)引發(fā)火災(zāi)和燒傷炸傷等惡性傷人事故。因此,天津市全面禁止燃放煙花爆竹,不僅是為了人身安全,更是為了國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)做貢獻(xiàn),進(jìn)而體現(xiàn)出“綠水青山就是金山銀山”的環(huán)保理念。同時(shí),教師提醒學(xué)生們?nèi)绻肟次孱伭臒熁?,就可以嘗試著做一下焰色反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)教師的言傳身教,使學(xué)生在學(xué)習(xí)焰色反應(yīng)知識(shí)的同時(shí),增強(qiáng)環(huán)保理念。
焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方法很多,探究的主要目的是使實(shí)驗(yàn)操作更加簡(jiǎn)單、現(xiàn)象更加清晰、效果更加明顯。教師在準(zhǔn)備演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,可以多準(zhǔn)備幾組實(shí)驗(yàn)材料,并選用多種方法。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)采取演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,既有利于學(xué)生掌握知識(shí)、形成技能,又能給學(xué)生提供不同的改變方式,培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。通過(guò)探究性試驗(yàn)的設(shè)計(jì),可以進(jìn)一步提高教師的知識(shí)水平和技能水平,達(dá)到教學(xué)相長(zhǎng)的目的。同時(shí),利用焰色反應(yīng)探究性實(shí)驗(yàn)以及焰色反應(yīng)相關(guān)知識(shí),可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提升職業(yè)素養(yǎng)、增強(qiáng)環(huán)保理念,促進(jìn)中職化學(xué)課程思政建設(shè),使“思政課程”與“課程思政”同向同行,促進(jìn)學(xué)生德智體美勞“五育并舉”全面發(fā)展。
天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào)2022年9期