前言：本站為你精心整理了綠色化學(xué)下焰色實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)淺議范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：基于綠色化學(xué)理念對(duì)焰色實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，以期能夠克服以往實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、操作煩瑣等不足。以消除干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的雜色為出發(fā)點(diǎn)，探究以不同濃度的乙醇溶液作為燃燒劑，以鋁屑、沸石等作為載體灼燒金屬鹽粉末，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間更長，效果更明顯，且能節(jié)約資源，避免污染。對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行二次開發(fā)，方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)的開展，并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；焰色實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

綠色化學(xué)，又稱環(huán)境友好化學(xué)，其理念的核心內(nèi)涵是在反應(yīng)過程和化工生產(chǎn)中盡量減少或徹底消除使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)[1]。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從節(jié)約資源和避免污染兩個(gè)方面改革以往化學(xué)實(shí)驗(yàn)是其根本目標(biāo)[2]。焰色實(shí)驗(yàn)是人教版《高中化學(xué)(必修1)》第2章第1節(jié)《鈉及其化合物》中的教學(xué)內(nèi)容，是學(xué)生認(rèn)識(shí)和完善這部分知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要手段，同時(shí)，教師還可根據(jù)物質(zhì)灼燒時(shí)呈現(xiàn)的焰色特征引導(dǎo)學(xué)生鑒別常見物質(zhì)，進(jìn)一步拓展物質(zhì)鑒別體系。因此本實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)教學(xué)中占有重要的地位。教材中使用鉑絲或者干凈的鐵絲蘸取飽和金屬鹽溶液在酒精燈外焰上灼燒，經(jīng)過“洗→燒→蘸→燒→洗”五個(gè)步驟進(jìn)行焰色實(shí)驗(yàn)，除存在鉑絲昂貴、操作煩瑣、實(shí)驗(yàn)效果不明顯等不足以外，還有兩個(gè)重要的缺陷。第一，在探究鉀離子的焰色時(shí)，需透過藍(lán)色鈷玻璃過濾黃光，但在實(shí)驗(yàn)操作過程中，透過藍(lán)色鈷玻璃觀察其他離子的焰色時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)均呈淡紫色[3]，這無疑會(huì)引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。第二，在使用鹽酸溶液清洗鉑絲或者鐵絲時(shí)，由于鹽酸具有揮發(fā)性，會(huì)危害師生身體健康。本文基于綠色化學(xué)理念，對(duì)焰色實(shí)驗(yàn)的燃燒劑、燃燒方式進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果，為廣大教師的實(shí)驗(yàn)開展提供了參考。

一、焰色實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法

1.實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備

(1)實(shí)驗(yàn)儀器與藥品易拉罐、鋁屑(或沸石等)、50%的乙醇溶液、藥匙、長柄打火機(jī)、待測(cè)試樣(如氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀、氯化鋇、硫酸銅等固體)。(2)探究不同濃度的乙醇溶液對(duì)火焰顏色的影響在20℃的環(huán)境溫度下分別配制濃度為40%，50%，60%，70%，80%，90%，95%的乙醇溶液，各取5ml置于倒扣的易拉罐中，分別在光亮條件和黑暗環(huán)境中點(diǎn)燃，點(diǎn)燃之后觀察焰色，并記錄火焰高度與燃燒時(shí)間。(3)探究不同金屬鹽載體對(duì)乙醇燃燒火焰顏色的影響在2個(gè)倒扣的易拉罐底部分別加入一藥匙鋁屑和一團(tuán)鋼絲球，然后分別加入50%的乙醇溶液5mL，點(diǎn)燃，觀察乙醇燃燒的火焰顏色。

2.焰色實(shí)驗(yàn)的步驟

第一步，取5個(gè)干凈的易拉罐倒扣于桌面上，每?jī)蓚€(gè)易拉罐間隔10cm。第二步，在每個(gè)倒扣的易拉罐底部各加一勺鋁屑，以鋪滿易拉罐底部為宜。第三步，在易拉罐底部各加入50%的乙醇溶液5mL。第四步，分別加入一藥匙待測(cè)金屬鹽固體，并用長柄打火機(jī)點(diǎn)燃，觀察現(xiàn)象。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

1.探究不同濃度的乙醇溶液對(duì)火焰顏色和高度的影響

在20℃的環(huán)境溫度下點(diǎn)燃不同濃度的乙醇溶液(從左至右分別為40%，50%，60%，70%，80%，90%，95%)，其火焰效果見圖1、圖2。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，40%和50%的乙醇溶液在黑暗條件下燃燒火焰呈藍(lán)色，在光亮條件下接近無色；60%的乙醇溶液有少許黃光；70%及以上濃度的乙醇溶液點(diǎn)燃時(shí)成黃色，且火焰顏色隨著濃度的增大而越發(fā)明顯。不同濃度乙醇溶液的燃燒時(shí)間和火焰高度見表1。由表1可知，隨著乙醇濃度的增大，燃燒時(shí)間逐漸增長，火焰高度也隨之增高。此外，筆者發(fā)現(xiàn)40%及以下濃度的乙醇溶液點(diǎn)燃困難，點(diǎn)燃之后火焰高度低且跳動(dòng)明顯，容易熄滅，不利于觀察現(xiàn)象。綜合以上分析來看，50%左右的乙醇溶液燃燒時(shí)間約為2min，能夠留給學(xué)生充足的時(shí)間觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，且火焰高度為7cm，無黃色火焰的干擾，適合用于焰色實(shí)驗(yàn)的開展。本實(shí)驗(yàn)對(duì)乙醇溶液濃度進(jìn)行探究，確定了進(jìn)行焰色實(shí)驗(yàn)最優(yōu)的濃度。教師在實(shí)驗(yàn)開始前只需對(duì)無水乙醇進(jìn)行稀釋，操作簡(jiǎn)單，但需注意環(huán)境溫度對(duì)乙醇溶液燃燒焰色的影響[4]，依據(jù)季節(jié)溫度變化對(duì)乙醇濃度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，例如環(huán)境溫度越高，則需降低乙醇溶液的濃度。

2.探究不同金屬鹽載體對(duì)乙醇燃燒火焰顏色的影響

在倒扣的2個(gè)易拉罐底部分別放入鋁屑和鋼絲球，然后各加入50%的乙醇溶液5mL。點(diǎn)燃后，其火焰顏色見圖3、圖4。由實(shí)驗(yàn)可知：使用鋁屑作為金屬鹽載體時(shí)，火焰顏色呈藍(lán)色，而使用鋼絲球[5]時(shí)則出現(xiàn)較多的紅黃色。家用鋼絲球的主要成分為不銹鋼，不銹鋼中含有C，Cr，Ni等元素，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)造成干擾。另外，鋁屑可增大金屬鹽試劑與氧氣的接觸面積，并且清洗干凈之后可以重復(fù)使用，因此可充分滲透環(huán)保理念。教材中的焰色實(shí)驗(yàn)采用鉑絲或者干凈的鐵絲蘸取試樣溶液，置于酒精燈外焰上灼燒來觀察焰色，以避免噴灑使試劑飄散在空氣中對(duì)師生身體健康造成危害[6-7]。但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，為了能得到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通常需要配制高濃度的試樣，但蘸取試樣時(shí)又往往只需要很少的量，且液體試劑相較于固體試劑而言不便于保存，因此會(huì)造成實(shí)驗(yàn)藥品的浪費(fèi)。此外，鉑絲屬于貴金屬，多次使用對(duì)鉑絲也有損傷，這使得實(shí)驗(yàn)成本較高。在本實(shí)驗(yàn)中，直接采用金屬鹽固體(一般只需一藥匙的量)，利用鋁屑的形態(tài)增大了與氧氣的接觸面積，且實(shí)驗(yàn)中只需將其置于50%的乙醇溶液中點(diǎn)燃，省去了配制飽和溶液的麻煩，也減少了實(shí)驗(yàn)藥品的浪費(fèi)，有效簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作。此外，鉀元素的焰色更加直觀，無需透過藍(lán)色鈷玻璃即可觀察到，有效避免了透過藍(lán)色鈷玻璃看鈉、鈣等元素均呈淡紫色火焰而影響分辨的問題。考慮到有的學(xué)校較難找到鋁屑，也可使用其他物品代替，替代物需滿足如下條件：加入乙醇點(diǎn)燃后無焰色、相對(duì)表面積大、只起到增大與氧氣接觸面積的作用，例如沸石、活性炭等都可以。沸石、活性炭均為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的常見物品，沸石使用后清洗干凈不影響后續(xù)使用；活性炭?jī)r(jià)格低廉，便于日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后符合實(shí)驗(yàn)要求，能得到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3.焰色實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

使用本方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，各種試樣的焰色實(shí)驗(yàn)結(jié)果(從左至右分別是氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀、氯化鋇、硫酸銅)見圖5、圖6。圖5光亮條件下不同試樣在50%的乙醇溶液中燃燒圖6黑暗條件下不同試樣在50%的乙醇溶液中燃燒由實(shí)驗(yàn)可知，氯化鈉焰色為黃色；相比于氯化鈉的焰色，可清晰看到氯化鈣焰色偏紅，呈磚紅色；直接使用氯化鉀固體，火焰接近藍(lán)色，無黃色火焰干擾，因此無須透過藍(lán)色鈷玻璃也可觀察到氯化鉀的焰色；氯化鋇和硫酸銅的火焰均為綠色，且氯化鋇焰色明顯偏黃，呈黃綠色。總體來說，本實(shí)驗(yàn)燃燒時(shí)間大約為2min，學(xué)生有充足的時(shí)間觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，克服了以往實(shí)驗(yàn)操作煩瑣、現(xiàn)象不明顯等不足。

三、結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)主要從消除干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象雜色的角度出發(fā)，對(duì)燃燒劑、燃燒方式進(jìn)行改進(jìn)，大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，降低了實(shí)驗(yàn)成本，同時(shí)所選用的實(shí)驗(yàn)用品均易獲得，并能實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，使焰色實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便化、直觀化、綠色化，從而將綠色化學(xué)理念切實(shí)貫徹于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與社會(huì)責(zé)任意識(shí)，充分發(fā)揮了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能。

參考文獻(xiàn)

[1]朱清時(shí).綠色化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展[J].中國科學(xué)院院刊,1997(6):415-420.

[2]周建國.綠色化學(xué)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2006(4):56-57.

[3]高應(yīng)奇.對(duì)觀察鉀的焰色反應(yīng)方法的質(zhì)疑與建議[J].化學(xué)教育,2000(5):37.

[4]葉永謙,葉一勤,葉燕珠,等.乙醇燃燒火焰顏色變化的實(shí)驗(yàn)探究[J].化學(xué)教學(xué),2020(6):77-80.

[5]陶慧玲.焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué),2018(3):64-66.

[6]汪斌權(quán).“焰色反應(yīng)”研究性學(xué)習(xí)探討[J].化學(xué)教學(xué),2004(Z2):30-31.

[7]姚志江,豐憶貧.“焰色反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].新課程學(xué)習(xí)(綜合),2010(10):106.

作者:杜蕊 岳莎莎 劉海英 葉發(fā)兵 單位:黃岡師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院