化学上的焰色反应.doc

1、焰色反应 原子的跃迁焰色反应，也称作焰色测试及焰色试验，是某些金属或它们的化合物在无色火焰中灼烧时使火焰呈现特征的颜色的反应。在化学上，常用来测试某种金属是否存在在于化合物。同时利用焰色反应，人们在在烟花中有意识地加入特定金属元素，使焰火更加绚丽多彩。焰 色 反 应 的 原 因当 碱 金 属 及 其 盐 在 火 焰 上 灼 烧 时 ， 焰 色 反 应原 子 中 的 电 子 吸 收 了 能 量 ， 从 能 量 较 低 的 轨 道 跃 迁 到 能 量 较 高 的 轨 道 ， 但 处 于 能量 较 高 轨 道 上 的 电 子 是 不 稳 定 的 ， 很 快 跃 迁 回 能 量 较 低 的 轨 道 ，

2、 这 时 就 将 多 余 的能 量 以 光 的 形 式 放 出 。 而 放 出 的 光 的 波 长 在 可 见 光 范 围 内 （ 波 长 为400nm 760nm） ， 因 而 能 使 火 焰 呈 现 颜 色 。 但 由 于 碱 金 属 的 原 子 结 构 不 同 ， 电子 跃 迁 时 能 量 的 变 化 就 不 相 同 ， 就 发 出 不 同 波 长 的 光 ， 从 焰 色 反 应 的 实 验 里 所 看到 的 特 殊 焰 色 ,就 是 光 谱 谱 线 的 颜 色 .每 种 元 素 的 光 谱 都 有 一 些 特 征 谱 线 ,发 出 特征 的 颜 色 而 使 火 焰 着 色 ， 根 据

3、焰 色 可 以 判 断 某 种 元 素 的 存 在 .如 焰 色 洋 红 色 含 有锶 元 素 ， 焰 色 玉 绿 色 含 有 铜 元 素 ， 焰 色 黄 色 含 有 钠 元 素 等 。 编 辑 本 段焰 色 反 应 的 实 验(1)实 验 用 品铂 丝 (或 铁 丝 ） 、 酒 精 灯 (或 煤 气 灯 )、 稀 盐 酸 、 蓝 色 钴 玻 璃 (检 验 钾 时 用 )。 (2)操 作 过 程 将 焰 色 反 应铂 丝 蘸 稀 盐 酸 在 无 色 火 焰 上 灼 烧 至 无 色 ; 蘸 取 试 样 （ 固 体 也 可 以 直 接 蘸 取 ） 在无 色 火 焰 上 灼 烧 ,观 察 火 焰 颜

4、 色 (若 检 验 钾 要 透 过 蓝 色 钴 玻 璃 观 察 ， 因 为 大 多 数 情况 下 制 钾 时 需 要 用 到 钠 ， 因 此 钾 离 子 溶 液 中 常 含 有 钠 离 子 ， 而 钠 的 焰 色 反 应 为 黄色 ， 黄 色 与 少 量 的 紫 色 无 法 分 别 出 来 ). 将 铂 丝 再 蘸 稀 盐 酸 灼 烧 至 无 色 ， 就 可 以继 续 做 新 的 实 验 了 。 编 辑 本 段焰 色 反 应 的 历 史焰 色 反 钾 盐 的 焰 色 反 应应 是 一 种 非 常 古 老 的 定 性 分 析 法 ， 早 在 中 国 南 北 朝 时 期 ， 著 名 的 炼 丹 家

5、 和 医 药 大师 陶 弘 景 (456 563) 在 他 的 本 草 经 集 注 中 就 有 这 样 的 记 载 “以 火 烧 之 ，紫 青 烟 起 ， 云 是 真 硝 石 (硝 酸 钾 )也 ”。 由 于 当 时 及 以 后 的 许 多 年 里 ， 生 产 力 水 平不 高 ， 这 种 方 法 一 直 没 有 得 到 广 泛 的 应 用 及 发 展 。 到 18 世 纪 以 后 欧 洲 的 近 代 化 学 时 期 ， 由 于 冶 金 、 机 械 工 业 的 巨 大 发 展 ， 要求 提 供 数 量 更 大 ， 品 种 更 多 的 矿 石 ； 同 时 ， 也 为 了 降 低 生 产 成 本

6、， 合 理 使 用 原 材料 及 提 高 产 品 质 量 ， 因 而 对 分 析 化 学 提 出 了 新 的 要 求 。 德 国 人 马 格 拉 夫(1709 1782) 是 这 一 时 期 的 著 名 的 定 性 分 析 化 学 家 。 他 的 一 项 重 要 的 研 究 成 果是 观 察 到 了 植 物 碱 (草 木 灰 ， 即 碳 酸 钾 ) 与 矿 物 碱 (苏 打 ， 即 碳 酸 钠 ) 的 区 别 。1762 年 他 系 统 地 对 比 了 这 2 种 碱 转 化 生 成 的 各 种 钾 盐 与 钠 盐 的 晶 形 、 潮 解 性 和溶 解 度 ， 并 发 现 钠 盐 和 钾 盐

7、可 以 分 别 使 火 焰 着 上 各 自 特 征 的 焰 色 。 从 此 以 后 利 用焰 色 反 应 鉴 别 钾 、 钠 盐 就 成 为 常 用 手 段 了 。 后 来 有 不 少 人 也 注 意 到 ， 有 很 多 的 盐类 、 氧 化 物 在 火 焰 中 也 能 呈 现 不 同 的 颜 色 ， 例 如 格 梅 林 在 1818 年 发 现 锂 盐 呈 红色 、 铜 盐 呈 绿 色 但 却 不 明 白 其 中 的 道 理 。 而 锂 盐 和 锶 盐 都 使 火 焰 呈 红 色 ， 这 又影 响 了 焰 色 反 应 检 验 物 质 的 可 靠 性 。 19 世 纪 中 叶 ， 焰 色 反

8、应德 国 著 名 化 学 家 本 生 ( 1811 1899) 设 计 制 造 了 本 生 灯 ， 它 使 煤 气 燃 烧 时 产 生几 乎 无 色 的 火 焰 ， 温 度 高 达 两 千 多 度 。 本 生 利 用 这 种 灯 研 究 各 种 盐 类 在 火 焰 中 呈现 不 同 焰 色 的 现 象 ， 试 图 根 据 火 焰 中 的 彩 色 信 号 来 检 测 各 种 元 素 。 他 同 时 点 燃3 盏 煤 气 灯 ， 并 分 别 往 每 个 灯 焰 中 滴 加 食 盐 溶 液 。 其 中 一 滴 是 纯 食 盐 溶 液 ， 另 一 滴 混 有 锂 盐 ， 第 三 滴 混 有 钾 盐 。

9、 结 果 3 个 火焰 全 呈 黄 色 ， 看 不 出 任 何 差 别 。 显 然 是 钠 焰 的 黄 色 把 其 他 的 颜 色 掩 盖 了 。 本 生 又通 过 蓝 色 玻 璃 或 靛 蓝 溶 液 作 滤 色 镜 观 察 火 焰 ， 发 现 黄 色 得 以 滤 去 ， 滴 加 纯 食 盐 溶液 的 火 焰 变 成 无 色 ， 混 有 锂 盐 的 食 盐 溶 液 火 焰 显 深 红 色 ， 混 有 钾 盐 的 火 焰 呈 紫 色 。后 来 他 收 集 很 多 不 同 颜 色 的 玻 璃 并 配 制 许 多 不 同 颜 色 的 溶 液 作 为 滤 色 材 料 试 图 提高 焰 色 反 应 的

10、选 择 性 ， 来 区 别 锂 盐 与 锶 盐 在 火 中 呈 现 的 深 红 色 ， 但 没 有 成 功 。 显然 凭 肉 眼 观 察 焰 色 来 鉴 别 元 素 受 到 了 很 大 的 限 制 。 直 到 现 在 ， 我 们 用 焰 色 反 应 也只 能 有 限 地 鉴 别 钾 、 钠 等 少 数 几 种 金 属 ， 用 蓝 色 的 钴 玻 璃 来 观 察 钾 的 焰 色 也 来 源于 本 生 的 试 验 。 本 生 除 了 利 用 煤 气 火 焰 外 ， 还 利 用 煤 炭 火 焰 、 氢 氧 焰 、 氢 焰 等 。 经 过 对 焰 色反 应 的 详 细 研 究 后 ， 他 还 发 现

11、一 种 元 素 即 使 处 于 不 同 的 化 合 物 中 ， 即 使 在 火 焰 中发 生 了 化 学 变 化 ， 即 使 火 焰 的 温 度 不 同 ， 即 使 所 使 用 的 火 焰 类 型 不 同 ， 但 这 些 因素 对 某 一 元 素 的 特 征 焰 色 都 没 有 影 响 。 后 来 ， 本 生 在 好 友 物 理 学 家 基 尔 霍 夫 的 建 议 下 ， 通 过 观 察 光 谱 实 现 了 对 元 素的 定 性 检 验 ， 开 创 了 分 析 化 学 的 一 个 重 要 分 支 ： 光 谱 分 析 。 编 辑 本 段常 见 的 焰 色 反 应含 钠 元 素 Na 黄 含 锂

12、元 素 Li 紫 红 含 钾 元 素 K 浅 紫 焰 色 反 应（ 透 过 蓝 色 钴 玻 璃 观 察 ， 因 为 钾 里 面 常 混 有 钠 ， 黄 色 掩 盖 了 浅 紫 色 ） 含 铷 元 素 Rb 紫 含 钙 元 素 Ca 砖 红 色 含 锶 元 素 Sr 洋 红 含 铜 元 素 Cu 绿 含 钡 元 素 Ba 黄 绿 含 钴 元 素 Co 淡 蓝 （ 注 ： 含 铁 元 素 Fe 无 色 ） 精 简 版 钾 浅 紫 钙 砖 红 钠 黄 镁 铝 无 钡 黄 绿 铜 色 绿 铁 无 锂 紫 红 钾 紫 钠 黄 锂 紫 红 铷 紫 铜 绿 钡 黄 绿 钙 砖 红 锶 洋 红 钴 淡 蓝 铁

13、 无 色 编 辑 本 段焰 色 反 应 检 验 离 子一 . 钠 离 子钠 的 焰 色 反 应 本 焰 色 反 应应 不 难 做 ， 但 实 际 做 起 来 最 麻 烦 。 因 为 钠 的 焰 色 为 黄 色 ， 而 酒 精 灯 的 火 焰 因 灯 头灯 芯 不 干 净 、 酒 精 不 纯 而 使 火 焰 大 多 呈 黄 色 。 即 使 是 近 乎 无 色 （ 浅 淡 蓝 色 ） 的 火焰 ， 一 根 新 的 铁 丝 （ 或 镍 丝 、 铂 丝 ） 放 在 外 焰 上 灼 烧 ， 开 始 时 火 焰 也 是 黄 色 的 ，很 难 说 明 焰 色 是 钠 离 子 的 还 是 原 来 酒 精 灯

14、的 焰 色 。 要 明 显 看 到 钠 的 黄 色 火 焰 ， 可用 如 下 方 法 。 方 法 一 （ 镊 子 棉 花 酒 精 法 ） ： 用 镊 子 取 一 小 团 棉 花 （ 脱 脂 棉 ， 下 同 ）吸 少 许 酒 精 （ 95 乙 醇 ， 下 同 ） ， 把 棉 花 上 的 酒 精 挤 干 ， 用 该 棉 花 沾 一 些 氯 化 钠或 无 水 碳 酸 钠 粉 末 （ 研 细 ） ， 点 燃 。 方 法 二 （ 铁 丝 法 ） ： 取 一 条 细 铁 丝 ， 一 端 用 砂 纸 擦 净 ， 再 在 酒 精 灯 外 焰上 灼 烧 至 无 黄 色 火 焰 ， 用 该 端 铁 丝 沾 一 下

15、 水 ， 再 沾 一 些 氯 化 钠 或 无 水 碳 酸 钠 粉末 ， 点 燃 一 盏 新 的 酒 精 灯 （ 灯 头 灯 芯 干 净 、 酒 精 纯 ） ， 把 沾 有 钠 盐 粉 末 的铁 丝 放 在 外 焰 尖 上 灼 烧 ， 这 时 外 焰 尖 上 有 一 个 小 的 黄 色 火 焰 ， 那 就 是 钠 焰 。 以 上做 法 教 师 演 示 实 验 较 易 做 到 ， 但 学 生 实 验 因 大 多 数 酒 精 灯 都 不 干 净 而 很 难 看 到 焰尖 ， 可 改 为 以 下 做 法 ： 沾 有 钠 盐 的 铁 丝 放 在 外 焰 中 任 一 有 蓝 色 火 焰 的 部 位 灼 烧

16、 ，黄 色 火 焰 覆 盖 蓝 色 火 焰 ， 就 可 认 为 黄 色 火 焰 就 是 钠 焰 。 二 . 钾 离 子 方 法 一 （ 烧 杯 酒 精 法 ） ： 取 一 小 药 匙 无 水 焰 色 反 应碳 酸 钾 粉 末 （ 充 分 研 细 ） 放 在 一 倒 置 的 小 烧 杯 上 ， 滴 加 5 滴 酒 精 ， 点 燃 ， 可看 到 明 显 的 浅 紫 色 火 焰 ， 如 果 隔 一 钴 玻 璃 片 观 察 ， 则 更 明 显 看 到 紫 色 火 焰 。 方 法 二 （ 蒸 发 皿 -酒 精 法 ） ： 取 一 药 匙 无 水 碳 酸 钾 粉 末 放 在 一 个 小 发 皿 内 ， 加

17、 入 毫 升 酒 精 ， 点 燃 ， 燃 烧时 用 玻 棒 不 断 搅 动 ， 可 看 到 紫 色 火 焰 ， 透 过 钴 玻 璃 片 观 察 效 果 更 好 ， 到 酒 精 快 烧完 时 现 象 更 明 显 。 方 法 三 （ 铁 丝 -棉 花 -水 法 ） ： 取 少 许 碳 酸 钾 粉 末 放 在 一 小 蒸 发 皿 内 ， 加 一 两 滴 水 调 成 糊 状 ； 再 取 一 条 小 铁丝 ， 一 端 擦 净 ， 弯 一 个 小 圈 ， 圈 内 夹 一 小 团 棉 花 ， 棉 花 沾 一 点 水 ， 又 把 水 挤 干 ，把 棉 花 沾 满 上 述 糊 状 碳 酸 钾 ， 放 在 酒 精

18、 灯 外 焰 上 灼 烧 ， 透 过 钴 玻 璃 片 可 看 到 明 显的 紫 色 火 焰 。 方 法 四 （ 铁 丝 法 ） ： 同 钠 的 方 法 二 中 的 学 生 实 验 方 法 。 该 法 效 果 不 如 方 法 一 、 二 、 三 ， 但 接 近 课本 的 做 法 。 观 察 钾 的 焰 色 时 ， 室 内 光 线 不 要 太 强 ， 否 则 浅 紫 色 的 钾 焰 不 明 显 。 三 . 锂 离 子 方 法 一 （ 镊 子 -棉 花 -酒 精 法 ） ： 用 镊 子 取 一 团 棉 花 ， 吸 饱 酒 精 ， 又 把 酒 精 挤 干 ， 把 棉 花 沾 满 Li2CO3 粉 末

19、，点 燃 。 方 法 二 （ 铁 丝 法 ） ： 跟 钠 的 方 法 二 相 同 。 四 . 钙 离 子 方 法 一 （ 镊 子 -棉 花 -酒 精 法 ） ： 同 钠 的 方 法 一 。 方 法 二 （ 烧 杯 -酒 精 法 ） ： 取 一 药 匙 研 焰 色 反 应细 的 无 水 氯 化 钙 粉 末 （ 要 吸 少 量 水 ， 如 果 的 确 一 点 水 也 没 有 ， 则 让 其 在 空 气 吸 一会 儿 潮 ） 放 在 倒 置 的 小 烧 杯 上 ， 滴 加 滴 酒 精 ， 点 燃 。 方 法 三 （ 药 匙 法 ）： 用 不 锈 钢 药 匙 盛 少 许 无 水 氯 化 钙 （ 同 上

20、 ） 放 在 酒 精 灯 外 焰 上 灼 烧 。 五 . 锶 离 子同 碳 酸 锂 的 方 法 。 六 . 钡 离 子 方 法 一 （ 铁 丝 棉 花 水 法 ） ： 取 少 量 研 细 的 氯 化 钡 粉 末 放 在 一 小 蒸 发 皿 内 ， 加 入 一 两 滴 水 调 成 糊 状 ， 取 一根 小 铁 丝 ， 一 端 用 砂 纸 擦 净 ， 弯 一 个 小 圈 ， 圈 内 夹 一 小 团 棉 花 ， 棉 花 吸 饱 水 后 又挤 干 ， 把 这 团 棉 花 沾 满 上 述 糊 状 氯 化 钡 ， 放 在 酒 精 灯 火 焰 下 部 的 外 焰 上 灼 烤 ， 可看 到 明 显 的 黄 绿

21、 色 钡 焰 。 方 法 二 （ 棉 花 水 烧 杯 法 ） ： 跟 方 法 一 类 似 ， 把 一 小 团 棉 花 沾 水 后 挤 干 ， 沾 满 糊 状 氯 化 钡 ， 放 在 一 倒 置 的烧 杯 上 ， 滴 加 七 八 滴 酒 精 ， 点 燃 。 可 与 棉 花 酒 精 燃 烧 比 较 。 七 . 铜 离 子 方 法 一 （ 焰 色 反 应铁 丝 棉 花 水 法 ） ： 同 钡 离 子 的 方 法 一 相 同 。 方 法 二 （ 镊 子 棉 花 酒 精 法 ） ： 同 钠 离 子 方 法 。 方 法 三 （ 烧 杯 酒 精 法 ） ： 同 钾 离 子 的 方 法 一 。 方 法 四 （

22、 药 匙 法 ） ： 同 钙 离 子 的 方 法 三 。 总 结焰 色 反 焰 色 反 应应 现 象 要 明 显 ， 火 焰 焰 色 要 象 彗 星 尾 巴 才 看 得 清 楚 ， 有 的 盐 的 焰 色 反 应 之 所 以 盐要 加 少 量 水 溶 解 ， 是 为 了 灼 烧 时 离 子 随 着 水 分 的 蒸 发 而 挥 发 成 彗 星 尾 巴 状 ， 现 象明 显 ； 而 有 的 离 子 灼 烧 时 较 易 挥 发 成 彗 星 尾 巴 状 ， 就 不 用 加 水 溶 解 了 。 编 辑 本 段其 他碱 金 属 和 其 它 一 些 金 属 及 其 相 应 离 子 所 发 生 的 焰 色 反 应 可 用 于 分 析 物 质 的 组成 ,进 行 有 关 物 质 的 鉴 别 .如 :钠 或 含 有 Na+的 化 合 物 焰 色 反 应 为 黄 色 ;钾 或 含 K+的 化 合 物 焰 色 反 应 为 浅 紫 色 (透 过 钴 玻 璃 ). 镁 、 铝 ， 还 有 铁 、 铂 、 镍 等 金 属 无 焰 色 。 特 别 注 意 ： 焰 色 反 应 是 物 理 变 化 ， 不 是 化 学 变 化