运用手持数字实验检测钠离子溶液中混有钾离子-《化学教学》(2018年11期).docx

龙源版权所有 运用手持数字实验检测钠离子溶液中混有钾离子作者：李文莉来源：《化学教学》2018年第11期 摘要： 对中学教材中传统的焰色反应实验做了改进。采用固体酒精为热源，将含钠离子和钾离子混合液滴在固体酒精上灼烧，再利用分光光度计结合光纤探测钠离子和钾离子的火焰发射光谱，通过测定火焰在特定波长下发射光谱强度来观测溶液中有无钠离子或钾离子，实现混合溶液中钠离子和钾离子的检测。 关键词： 分光光度计; 光纤; 焰色反应; 发射光谱强度; 实验探究 文章编号： 1005-6629（2018）11-0082-03中图分类号： G633.8文献标识码： B 1 设计缘由 1.1 常规实验的难点 中学化学实验中钠离子与钾离子的检验只能用焰色反应，利用钠离子、钾离子在火焰上灼烧后火焰呈现出的颜色不同加以区分。传统做法是将铂丝用盐酸洗净并灼烧后，蘸取待测液在火焰上灼烧，这时火焰会呈现不同颜色。其中钠离子火焰呈黄色，钾离子的火焰则需要透过蓝色钴玻片观察，观察到的火焰呈紫色。 实际操作中存在的困难主要有： 对钾的检验无论是演示实验还是学生实验，学生观察到明显的紫色十分困难，影响实验的真实性。火焰呈现颜色时间很短，很容易造成学生还没有观察到火焰颜色，实验过程已经结束，给学生视觉冲击不强。多年来围绕焰色反应，特别是钾离子的焰色反应改进的研究比较多，这说明焰色反应实验是中学常见实验的难点之一。 1.2 已有改进的不足 围绕焰色反应的改进尝试不少，效果比较明显的主要有两类： 一类是： 将盐的溶液滴到灯芯上灼烧。为了减少干扰因此也有用滤纸做灯芯，用甲醇为燃料，将盐溶液滴到灯芯上燃烧。这样的操作確实大大延长了火焰的呈现时间。 另一类是： 利用喷雾的方法，即将溶液装入小喷雾器中，然后向火焰上喷雾即可观察到一团有颜色的火焰。 这两类改进一是可延长火焰时间，二是有视觉冲击。笔者同事也曾从原料易得、火焰时间长、火焰大、视觉冲击好等角度做过改进，并有“焰色反应实验的再改进”[1]一文发表。方法是选择无金属离子的固体酒精，剪取一小块放在石英玻璃蒸发皿中，在固体酒精上分别滴少许钠、钾、钡、锶、锂、铜等离子的溶液，点燃固体酒精，片刻后蒸发皿内分别出现不同颜色的火焰，火焰持续时间长，效果比较理想。 这些方法对单一溶液或单一焰色确实有明显效果，对颜色有明显差异的如钠、铜、锂等观察非常有效。但钾离子的紫色火焰还是存在明显缺陷，火焰仍明显偏黄。对钠离子与钾离子混合溶液进行焰色反应的效果就更不理想，几乎观察不到钾的焰色。如在固体酒精上滴加氯化钠与氯化钾的混合溶液，点燃后观察到的火焰颜色基本上仍是黄色的钠离子焰色，钾离子的焰色分辨非常困难。所以，在改进实验中鲜有对混合溶液操作的实验。部分对颜色反应不敏感的学生，对钠、钾离子焰色更是无法区分。特别是混合溶液中是否含有钾离子的检测，实验效果更差。 2 实验方案 2.1 实验原理 本实验是利用威尼尔分光光度计，结合光纤探测钠离子、钾离子焰色反应，通过对火焰在特定波长下发射光谱强度的变化来检测钠离子溶液中钾离子的存在。因为钠离子灼烧后，呈现的黄色火焰的原子发射光谱的波长在589.3nm，而钾离子灼烧后紫色火焰原子发射光谱的波长在769.9nm[2]，通过分光光度计测出在这两个波长的光波强度，即可检测溶液中钠离子和钾离子的存在情况。甚至还可以定量检测溶液中钠离子或钾离子的含量。 2.2 实验装置 2.2.1 使用的传感器 本实验使用的传感器是： 威尼尔SVISPL分光光度计（加强版）（以下简称分光光度计）结合威尼尔Specro Vis光纤（以下简称光纤）一起使用，用电脑连接传感器采集数据。 2.2.2 实验装置 钠离子、钾离子的溶液盛放在石英蒸发皿中，用固体酒精进行灼烧，实验装置见图1。 ···试读结束