高中化學/目錄/焰色反應

實驗準備

所需器材

潔淨的鉑絲（可用鐵絲替代），酒精燈，藍色鈷玻璃

所需試劑

氯化鈉晶體，氯化鉀晶體，稀鹽酸

實驗步驟

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

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${\ce {Na+}}$與${\ce {K+}}$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

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

互相干擾的光譜

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

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

常見元素的焰色反應

元素	焰色
${\ce {Li}}$	紫紅色
${\ce {Na}}$	金黃色
${\ce {K}}$	淡紫色
${\ce {Rb}}$	紫色
${\ce {Cs}}$	藍色
${\ce {B}}$	翠綠色
${\ce {Mg}}$	白色
${\ce {Ca}}$	磚紅色
${\ce {Sr}}$	洋紅色
${\ce {Ba}}$	黃綠色
${\ce {Ra}}$	桃紅色
${\ce {Cu}}$	綠色
${\ce {Tl}}$	嫩綠色
${\ce {Zn}}$	藍色
${\ce {Pb}}$	藍色