焰色反应实验创新与研究

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  新课程倡导探究教学,重视创新精神的培养,要求学生积极开展科学探究活动。化学教学肩负着培养学生创新能力与科学探究的任务,作为教师首先更应该开展教学研究,积极创新。高中化学实验“焰色反应”的学习可以使学生体悟化学之美,但在上课做演示实验时,我却没有演示出“美丽的焰色反应”现象,带着这个问题,我上网查阅资料,了解了许多实验中的问题,同时对实验进行研究,提出了创新性的改进。
  一、焰色反应的原理:
  金属中的电子在跃迁到较高能级时需要能量,若需要的能量恰好落在了可见光范围,这些金属就表现出了各自的焰色。若需要的能量超出了可见光的范围,太低或者太高,总之,不在可见光的能量范围内,这些金属就看不到具体的焰色。很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特殊的颜色,这在化学上叫做焰色反应。根据焰色反应所呈现的特殊颜色,可以判断某些金属或金属离子的存在,可以制作美丽的烟火。
  Mg、Al、Fe、Ni、W、Pt等金属没有焰色反应,常见金属元素焰色如下:
  钠Na-黄色锂Li-紫红色钾K-浅紫色铷Rb-紫色铯Cs-紫红色钙Ca-砖红色锶Sr-洋红色铜Cu-绿色钡Ba-黄绿色锌Zn-蓝绿色
  二、传统焰色反应实验的弊端
  1、高中化学必修1中金属焰色反应试验的方法是:
  1)实验用品:铂丝,酒精灯(或煤气灯),浓盐酸,蓝色钴玻璃(检验钾时用)
  2)操作过程:①将铂丝蘸浓盐酸在无色火焰上灼烧至无色;②蘸取试样在无色火焰上灼燒,观察火焰颜色(若检验钾要透过钴玻璃观察).③将铂丝再蘸浓盐酸灼烧至无色.
  2、此法做焰色反应实验常存在以下问题:
  1)仪器损坏率大,污染严重:焰色反应实验的主要仪器是铂丝(或镍铬丝),在检定某种元素前,均需将铂丝蘸浓盐酸在氧化焰中反复灼烧至无色,方可进行实验。由于铂丝(或镍铬丝)在氧化焰中反复灼烧,易从镶结的棒上脱落或折断。操作中由于浓盐酸的高挥发性,加之在氧化焰中反复灼烧,空气污染严重,对师生的身体危害亦很大。
  2)铂丝价格昂贵,在一般普通中学根本没有,常用无锈铁丝代替,但铁丝蘸取溶液很少,焰色反应很快消失,学生不易看清;
  3)钾元素的紫色焰色现象不明显,现教材观察时要透过钴玻璃,以消除钠的干扰。由于钴玻璃是深蓝色,无法判断观察到的是蓝色还是紫色;
  4)光线干扰,火焰颜色干扰;焰色强度低、持续时间短;实验操作过程繁杂,费时。
  三、上网查阅资料发现,对焰色反应实验已有改进但不理想
  1、常见实验改进有:①混合燃烧法:用酒精溶液溶解某盐得到混合溶液,然后点燃;②撒粉法:将酒精加入烧杯→点燃,可得到接近无色的火焰→用药匙分别把待检物粉末先后撒入烧杯火焰中,粉末立即被灼烧,焰色非常清晰;③制成“焰色试纸”。
  2、以上改进的优点是操作简单,实验现象明显,存在的主要问题是:
  ①试剂用量大,污染严重,比如撒粉法,试剂用量大,盐分解产生有害物质影响师生健康。坩埚、表面皿、烧杯中作混合物燃烧法实验,容易引发火灾,安全性差,酒精和试剂的用量同样很大,不符合绿色化学的环保理念。实验不该光追求实验现象的明显,还应综合考虑绿色环保、经济实用等问题。
  ②实验过程中容易污染酒精灯等无色或蓝色火源,影响后面实验焰色的观察。比如喷雾法,喷出来的液体撒的实验台面上到处都是,撒到酒精灯灯芯上,火焰变成了“美丽的焰色”,后面的实验怎么做,实验后要换灯芯,否则下次很难点燃,并且小喷壶难以找到,试剂保存难度大,如果我们每做一个实验,就保存一组试剂,那实验室就很难保存这些试剂和用品,管理难度增大,况且时间长了,这些试剂有些还会变质。
  ③没有对照实验,是火焰的焰色还是焰色反应有争议。
  ④火焰颜色干扰、光线干扰、金属离子的干扰使实验的现象不明显。
  3、通过对网上介绍的改进实验进行操作研究后发现,本实验成功的关键是:
  ①无色或蓝色火焰的选择;防止试剂相互污染对实验现象的影响;
  ②增强实验的安全性、可操控性,节约时间;
  ③防止药品、燃料的浪费,减少环境的污染;
  ④作对比试验,使现象明显,通过对比,加深印象和实验效果。
  四.我对实验的研究创新:
  1、我们的实验创新点;1)实验用品创新,从身边材料入手,寻找合适替代品,是化学实验变得容易操作,现象明显;节省时间,增强兴趣。
  2)理念创新:①绿色化学、节能减排、环保;②观念创新实验在重视实验现象的同时。一定要注意环境保护、节约意识。以人为本意识;③实验要好做,好玩。玩中学,长知识,增兴趣;④量少也能观察到很明显的实验现象。
  2、实验创新
  Ⅰ、用一次性注射器代替铂丝做传统的焰色反应实验。
  (1)实验用品:一次性注射器若干支,酒精灯(或煤气灯)或打火机,蓝色钴玻璃(检验钾时用),各种待检试液。
  (2)操作过程:①给一次性注射器粘贴试剂标签标记,吸取待试验溶液。②选择蓝色火焰,煤气灶、打火机火焰,或酒精喷灯做实验火源。用一次性注射器挤出一滴待检溶液使其悬挂在不锈钢针尖部位,将针尖移近无色或蓝色火焰上灼烧,即可观察到火焰颜色(若检验钾要透过钴玻璃观察)并记录.若焰色变浅,还有学生观察不到现象时,可再挤出一滴,重复试验,可节省时间,实验效果明显。③一支注射器只吸取一种待实验溶液。注意作对比对照试验,增强实验的科学性和说服力。
  (3)我们实验与传统试验相比的优点:①、实验用品易得,解决了传统实验中铂丝价格昂贵,数量少的缺点,和铂丝上面挂液量少,持续时间短,现象不明显的弊端。②、操作简单,解决了洗烧蘸洗烧等大量费时间的环节,节省实验时间。③、实验安全,环保,试剂用量少,污染小。
  Ⅱ、研究采用啤酒瓶盖加脱脂棉滴酒精滴待试液点燃法。
  (1)将写好的试剂标签贴在瓷砖上,将啤酒(或汽水)瓶盖的放在瓷砖标签相应位置上,如图所示,给瓶盖中放一小团棉花,用滴管吸取酒精滴在棉花上,使酒精刚好润湿棉花(或用镊子取出广口瓶里酒精浸泡小棉球分别放到五个瓶盖内),给棉花上再滴2-3待试液,,点燃后即可同时明显地观察到几种的焰色反应的现象,实验效果显著。
  (2)改进后实验的优点:①实验材料简便易取,操作十分简单,实验安全性好;②现象美观,燃烧火焰面积大,持续时间长,火焰颜色清晰,方便学生观察极大的提高了学生的兴趣。③可同时做几种盐的焰色反应便于对比,同时在检验K 时,不用钴玻璃遮光也可清楚的看到紫色火焰。
  Ⅲ、排除其他干扰方面的改进
  为了防止白天光线太强,我们制作了暗箱,可用普通纸箱剪去一面或两面。在里面涂上墨汁即可。这样进行焰色反应,可以排除一些干扰。
  焰色反应实验改进的方法很多,研究创新的主要目的是使实验操作更简单,现象更清晰、持续时间更长,观察更明了,实验更加节能环保,符合绿色化学理念。通过研究重在培养节能减排,提高效率,注重可控性,可操作性,更加便捷直观,生活中的材料可以很好的利用到化学学习,探究实验中,重在激起大家对环境意识,节能减排,污染防治等科学化学理念的建立,培养具有探究精神和创新精神的人。
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