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“焰色酒精灯” ——焰色反应的实验改进

 GXF360 2019-11-27

一、提出问题

焰色反应是指金属或它们在灼烧时火焰所呈现出的特殊颜色[1]。传统的实验方法是采用金属铂丝或无锈的铁丝蘸取金属盐溶液或挑取少量固体在酒精灯外焰进行灼烧。但是在实际实验中存在如下问题:(1)使用酒精灯灼烧时,产生的火焰呈现黄色,在客观上会对其他金属离子的检验造成干扰。(2)观察钾元素焰色需要通过蓝色钴玻璃,而且观察的视线需要一定的角度。(3)用铂丝或铁丝蘸取的金属盐溶液量少,金属离子的焰色持续时间短。(4)该实验操作复杂,实验前后铂丝都要进行清洗,而且铂丝的价格相对昂贵[2]。(5)若用铁丝完成实验在长时间灼烧后会被氧化发黑甚至熔化。

二、已有实验改进

近些年来,许多一线教师在不断改进焰色反应这一实验,针对现有文献资料中涉及的实验改进方法进行了整理,作者认为这些实验中虽有可取之处但仍存在不足,现将其整理如表1所示。

上述改进方法都没有办法完全遵循实验方便、易行、绿色、安全的原则,故笔者利用口服液瓶、废旧的易拉罐、无水乙醇以及金属盐的饱和溶液制作了“焰色酒精灯”。

三、实验器材和药品

1.实验器材

口服液瓶、废旧的易拉罐、棉线(可自制)、火柴、胶头滴管、烧杯。

2.实验药品

表1 各改进方法的优点和不足

实验方法撒粉法[3]喷雾法[4]甲醇法[5]氢气法[6]固体酒精法[7]优点固体颗粒中离子含量高,现象明显火焰明显且火焰较大甲醇燃烧火焰颜色无干扰,现象较为明显氢气燃烧火焰颜色无干扰,现象较为明显燃烧面积大,颜色可见度高不足持续时间短,固体药品灼烧不充分,浪费药品持续时间短,药品浪费严重甲醇易挥发,且进入人体后有一定毒性氢气难于储存,点燃氢气前需要验纯,否则容易发生爆炸固体酒精制备较为复杂

无水乙醇、金属(Na、Cu、K)的饱和盐酸盐溶液、其他可溶性金属的饱和盐酸盐溶液。

四、实验装置及步骤

图1 焰色酒精灯

口服液瓶中盛装可溶性金属的饱和盐酸盐溶液和无水乙醇;易拉罐外壳打卷将棉线夹在中间负责固定棉线,此外铝没有焰色;棉线事先浸泡在可溶性金属的饱和盐酸盐溶液和无水乙醇的混合溶液中,有助于燃烧。具体步骤如下:

在第三阶段和第四阶段中,笔者先将药品临床应用划分为处方开具、分配、管理和监测4个阶段,再应用因果分析法对药品调剂错误的表现形式和原因进行分析,形成4个阶段的大要因,具体原因包括涉及药品调剂过程中,接触到药品的人员,如医师、药师、护士、患者;医院的环境因素,如工作制度、工作环境、工作量、机器设备等中要因,再通过鱼骨图进一步梳理出各个小要因。

1.配制燃料

将可溶性金属的饱和盐酸盐溶液和无水乙醇按照3:7比例混合(笔者尝试的最佳比例),在混合过程中可能由于金属盐不易溶于乙醇而出现白色浑浊,可用胶头滴管继续滴加无水乙醇至白色浑浊消失。

式中:xe为单元设计变量(即相对密度);p为惩罚指数;Ee为单元设计变量对应的单元弹性模量;E0为原始材料弹性模量;Emin为空洞材料弹性模量.

2.“酒精灯”灌装

将(1)中混合后的液体燃料倒入事先准备好的口服液瓶中,倒入约口服液瓶体积的2/3即可。将棉线浸泡在装有“燃料”的烧杯中。

3.制作成品

在铝制易拉罐上剪下一块铝皮,将棉线从烧杯中拿出,并用铝皮包裹至可以固定在口服液瓶口即可。

东研究区内主要矿化体集中分布在华力西期花岗闪长岩与下石炭统大干沟组大理岩外接触带上。矿(化)体形态多呈透镜状、脉状或椭圆状,规模较小,矿(化)体产状与接触带产状一致,说明岩体控矿作用明显。矿体分布与矽卡岩密切相关,显示矿床成因类型为矽卡岩型。

4.点燃“酒精灯”

用火柴点燃制作好的酒精灯,可观察到如图2火焰。焰色明显,且均可直接用肉眼观测。

图2 点燃“焰色酒精灯”

五、实验总结与评价

本实验中采用自制“焰色酒精灯”有以下优点:

(1)实验装置与酒精灯类似,便于教师在授课时携带。

(2)火焰持续时间长,可自主控制焰色时间,便于观察(可以替换更大容器)。

针对考试大纲侧重内容,依据学情、导游职业素养能力要求及考试题型,广泛收集资料,选取多种教学素材,进行课前、课中、课后整个教学过程的教学资源准备与课件设计,并将其上传到智慧课堂网络平台,以供教学和学生学习与保存。

(3)摆脱传统实验中金属丝的束缚,无论是铂丝的价格昂贵不易获得还是铁丝的易氧化,都可以解决。

(4)将实验与传统实验进行对比可以突显用此法不用蓝色钴玻璃,加深学生记忆。

(5)此实验过程中充分地体现了绿色化学的思想,无论是实验药品的利用率还是制作过程中选择的废旧易拉罐以及口服液瓶。

(6)制作简单,安全环保,教师可将演示实验转变为学生分组实验,让学生充分体会化学学习的乐趣。

从以上数据可看出,MFAC-PID算法能更好地克服虚假水位现象出现时对系统的影响,在调节时间、超调量等方面的控制性能要优于传统PID控制。

参考文献

[1] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书.化学(必修1)[M].北京:人民教育出版社,2007:57

[2]林绮玲.“焰色反应”的创新实验研究[J].中学化学教学参考,2010(6):47-49

[3] 吴克勇.简便易行的焰色反应[J].实验教学与仪器,1995(6):9

[4] 张帮程.用“喷雾法”在“废旧石棉网”上演示焰色反应实验[J].化学教学,2009(6):20-21

[5] 高凤梅,于清江,武剑.钾元素焰色反应的新方法[J].中学化学教学参考,2007(Z1):65

[6]林绮玲.“焰色反应”的创新实验研究[J].中学化学教学参考,2010(6):47-49

[7]唐增富.“焰色反应实验”的再改进[J].实验教学与仪器,2017(S1):34-35

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