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高中化學/目錄/焰色反應

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實驗準備[編輯]

所需器材[編輯]

潔淨的鉑絲(可用鐵絲替代),酒精燈,藍色鈷玻璃

所需試劑[編輯]

氯化鈉晶體,氯化鉀晶體,稀鹽酸

實驗步驟[編輯]

氯化銫的焰色反應。
  1. 將鉑絲放在酒精燈火焰上灼燒至無色。
  2. 用鉑絲蘸取少量氯化鈉晶體,將其在火焰上灼燒,觀察火焰的顏色。
  3. 用稀鹽酸將鉑絲洗淨。
  4. 用鉑絲蘸取少量氯化鉀晶體,將其在火焰上灼燒,透過藍色鈷玻璃觀察火焰的顏色。

實驗現象[編輯]

將氯化鈉固體在火焰上灼燒後,火焰變為黃色。而將氯化鉀晶體灼燒後,透過藍色鈷玻璃可以觀察到火焰變為紫色。

由於鈉鹽與鉀鹽都可溶,故不能使用沉澱的方法來檢驗這兩種離子,使用焰色反應就可以實現的鑑別。(其他離子的檢驗方法,請參見§2.1.7 離子檢驗

實驗原理[編輯]

氦元素的光譜線。

許多金屬或它們的化合物在火焰上灼燒時都會使火焰呈現焰色,這叫做焰色反應(flame test),這是檢驗金屬或金屬陽離子最簡單的一種方法。那麼這種檢驗方法的原理是什麼呢?這與原子的結構有關。

原子中的電子是按照電子層來排布的,而每一層都有不同的軌道,這些軌道有能量高低之分。當金屬或金屬化合物在火焰上灼燒時,金屬離子吸收了能量,有一部分電子躍遷到能量較高的軌道上,金屬離子由基態轉變為激發態。激發態的離子不穩定,很快便會轉變為穩定的基態離子並且放出能量,這時能量以光能的形式表現出來。不同元素的光譜是不一樣的,金屬離子放出光能時,會放出波長不同的光,利用不同元素的光譜,我們不僅可以鑑別元素,也可以發現新的元素(比如氦、銣)。根據這個原理,現代化學分析測試中,用原子吸收光譜確定物質中含有的金屬元素。

思考與延伸[編輯]

互相干擾的光譜[編輯]

在觀察鉀元素的焰色時,需要透過藍色鈷玻璃觀察焰色,為什麼要這麼做呢?

可見光波長示意圖(單位:nm)。

我們知道,我們肉眼能夠看到的可見光,是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7種顏色構成的,紅色光的波長最長(約700nm),紫色光的波長最短(約400nm)。無論是金屬鉀還是鉀鹽,都會混有鈉或者鈉鹽的雜質,鈉的焰色是黃色,黃色光的波長比紫色光長,會造成干擾。藍色鈷玻璃可以將黃色光濾去,透過藍色鈷玻璃就能夠觀察到鉀元素的紫色火焰了。實驗開始前先將鉑絲在火焰上灼燒至無色,也是這個原因,這樣可以防止焰色間的干擾。

拓展實驗:彩虹色的焰色反應[編輯]

利用不同元素的焰色反應,我們可以製造出一條「火焰彩虹」,視覺效果將十分震撼。如果需要觀看該實驗的視頻,請點擊此連結:[1]

附:常見元素的焰色反應[編輯]

常見元素的焰色反應
元素 焰色
紫紅色
金黃色
淡紫色
紫色
藍色
翠綠色
白色
磚紅色
洋紅色
黃綠色
桃紅色
綠色
嫩綠色
藍色
藍色