乙醇燃烧火焰颜色变化的实验探究-《化学教学》(2020年6期).docx

龙源版权所有 乙醇燃烧火焰颜色变化的实验探究作者：叶永谦 叶一勤 叶燕珠 严业安来源：《化学教学》2020年第06期 摘要： 针对室温下53%白酒燃烧火焰无色而无水乙醇燃烧火焰呈黄色的问题进行了探究，发现环境温度是影响乙醇燃烧火焰颜色变化的主要因素之一，提出乙醇燃烧火焰颜色变化与产物中水分子处于不同激发态有关的理论解释，并作实验验证。设计环境温度对乙醇燃烧火焰颜色影响的演示实验装置以及常见金属元素焰色反应新方案。针对教材中钾元素焰色反应的不足，设计使用氢氧化钾乙醇水溶液进行演示的新方案，肉眼可观察到明显紫色。探究过程将生活问题与化学学习相联系，充分挖掘其价值和意义，有利于培养学生独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神。 关键词： 乙醇燃烧; 火焰颜色; 演示装置; 实验探究 文章编号：2020中图分类号： G633.8 文献标识码： B 在《普通高中化学课程标准（2017版）》课程目标中，“能发现和提出有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案”是对学生发展学科核心素养的重要要求[1]。生活中的经历是发现和提出问题的最直接来源，通过对生活中发现的有价值问题的探究，可以在实践活动中完成知识的建构、能力的培养，形成良好的科学素养[2]。通常情况下，一定浓度的白酒可以燃烧是常见的事实，但能发现白酒燃烧起来火焰接近无色并对其进行探究则是更有价值的化学问题。 1 问题的提出 将53%的白酒放在瓷勺中，在白天室内环境下点燃，在白酒上方放一张纸，发现纸张燃烧起来，但瓷勺上方并未见到有明显火焰。53%的白酒燃烧火焰接近无色，浓度更高的乙醇燃烧火焰有没有颜色？为了探究该问题，将等体积的53%白酒和无水乙醇在相同条件下点燃，发现53%白酒燃烧时火焰在光亮条件下无明显颜色，在黑暗环境下为蓝色;无水乙醇燃烧，不论在光亮条件还是黑暗环境下，火焰均为明显的黄色。为什么上述中等浓度乙醇（白酒）燃烧呈现微弱的蓝色火焰（光亮条件下接近无色），高浓度的乙醇燃烧却呈现黄色火焰？ 上述白酒燃烧的火焰在光亮条件下只有微弱的蓝色（几乎看不到颜色），只有在黑暗条件下可以看到明显的蓝色。如果将便携式丁烷喷枪点燃，其火焰在光亮条件下则呈现明显的蓝色。都是蓝色火焰，为什么一种在黑暗条件下才能明显观察到，而另一种在光亮条件下就可以观察到？ 2 乙醇燃烧火焰颜色变化的理论解释及验证 关于不同光线条件下呈现两种蓝色火焰的问题，经过文献查阅，发现这两种火焰有联系又有区别： 相似之处在于，乙醇、丁烷等可燃液体，都有一定的挥发性，当这些可燃液体挥发出的蒸气和空气混合并与火源接触就可能发生瞬间燃烧即“闪燃”，闪燃时通常都呈蓝色火焰[3]。不同之处在于，上述酒精在瓷勺中的燃烧属于“蒸发燃烧”，纯氢气在导管口引燃属于“扩散燃烧”，而酒精喷灯、丁烷喷枪中的燃烧属于“预混（混合）燃烧”[4]。 关于不同浓度乙醇溶液燃烧出现不同火焰颜色的问题，李成国[5]认为： 光线波长、能量和火焰的颜色关系如图1所示，能量越高，光线的波长越短，火焰的颜色呈现从红色到紫色的变化规律。陈云生等[6]在“氢气燃烧火焰颜色的探讨”一文中认为，氢气燃烧外焰呈黄色与生成的水分子有关。温度越高，处于激发态的水分子越多，由辐射产生的光谱越强，红色带越明显，与氢焰中的蓝色带谱互补成橙黄色。由于乙醇燃烧也有水分子生成，可以推测其燃烧火焰颜色的变化原因与氢气相似。 基于以上解释，可以推测不同浓度乙醇燃烧火焰出现颜色变化可能的原因如下： 中等浓度乙醇燃烧火焰呈蓝色，随着乙醇浓度的增大，燃烧后环境温度升高，导致处于激发态的水分子越多，由辐射产生的光谱越强，红色带越明显，与蓝色带谱···试读结束