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高中化学/目录/焰色反应

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实验准备[编辑]

所需器材[编辑]

洁净的铂丝(可用铁丝替代),酒精灯,蓝色钴玻璃

所需试剂[编辑]

氯化钠晶体,氯化钾晶体,稀盐酸

实验步骤[编辑]

氯化铯的焰色反应。
  1. 将铂丝放在酒精灯火焰上灼烧至无色。
  2. 用铂丝蘸取少量氯化钠晶体,将其在火焰上灼烧,观察火焰的颜色。
  3. 用稀盐酸将铂丝洗净。
  4. 用铂丝蘸取少量氯化钾晶体,将其在火焰上灼烧,透过蓝色钴玻璃观察火焰的颜色。

实验现象[编辑]

将氯化钠固体在火焰上灼烧后,火焰变为黄色。而将氯化钾晶体灼烧后,透过蓝色钴玻璃可以观察到火焰变为紫色。

由于钠盐与钾盐都可溶,故不能使用沉淀的方法来检验这两种离子,使用焰色反应就可以实现的鉴别。(其他离子的检验方法,请参见§2.1.7 离子检验

实验原理[编辑]

氦元素的光谱线。

许多金属或它们的化合物在火焰上灼烧时都会使火焰呈现焰色,这叫做焰色反应(flame test),这是检验金属或金属阳离子最简单的一种方法。那么这种检验方法的原理是什么呢?这与原子的结构有关。

原子中的电子是按照电子层来排布的,而每一层都有不同的轨道,这些轨道有能量高低之分。当金属或金属化合物在火焰上灼烧时,金属离子吸收了能量,有一部分电子跃迁到能量较高的轨道上,金属离子由基态转变为激发态。激发态的离子不稳定,很快便会转变为稳定的基态离子并且放出能量,这时能量以光能的形式表现出来。不同元素的光谱是不一样的,金属离子放出光能时,会放出波长不同的光,利用不同元素的光谱,我们不仅可以鉴别元素,也可以发现新的元素(比如氦、铷)。根据这个原理,现代化学分析测试中,用原子吸收光谱确定物质中含有的金属元素。

思考与延伸[编辑]

互相干扰的光谱[编辑]

在观察钾元素的焰色时,需要透过蓝色钴玻璃观察焰色,为什么要这么做呢?

可见光波长示意图(单位:nm)。

我们知道,我们肉眼能够看到的可见光,是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色构成的,红色光的波长最长(约700nm),紫色光的波长最短(约400nm)。无论是金属钾还是钾盐,都会混有钠或者钠盐的杂质,钠的焰色是黄色,黄色光的波长比紫色光长,会造成干扰。蓝色钴玻璃可以将黄色光滤去,透过蓝色钴玻璃就能够观察到钾元素的紫色火焰了。实验开始前先将铂丝在火焰上灼烧至无色,也是这个原因,这样可以防止焰色间的干扰。

拓展实验:彩虹色的焰色反应[编辑]

利用不同元素的焰色反应,我们可以制造出一条“火焰彩虹”,视觉效果将十分震撼。如果需要观看该实验的视频,请点击此链接:[1]

附:常见元素的焰色反应[编辑]

常见元素的焰色反应
元素 焰色
紫红色
金黄色
淡紫色
紫色
蓝色
翠绿色
白色
砖红色
洋红色
黄绿色
桃红色
绿色
嫩绿色
蓝色
蓝色