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1、“固体酒精”与“焰色反应”串联的活动设计doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2010.09.028 一、活动设计的背景 近年来,家庭或餐馆利用火锅用餐、野外作业和旅游野餐者,常使用固体酒精作燃料。固体酒精无烟、无污染、燃烧值大,制作简单、使用方便。利用固体酒精的火焰演示焰色反应,颜色各异的火团可让坐在教室最后一排的同学也看得非常清楚,可以克服焰色反应现象不明显的弊端。本活动串联“固体酒精的制备1”和“具有观赏性的焰色反应”2,设计了一系列活动,以激发学生的学习兴趣,培养学生解决问题的能力。 二、活动设计的原理 固体酒精并不是固体状态的酒精,酒精的熔点很低,为-117,常温
2、下不可能是固体。固体酒精是酒精与醋酸钙的混合物。酒精和水可以任意比例混溶,醋酸钙易溶于水,难溶于酒精。当饱和醋酸钙与酒精溶液混合时,饱和醋酸钙溶液中的水溶解于酒精中,致使醋酸钙从酒精溶液中析出,形成凝胶,并将酒精包裹在其孔隙中,生成半固态的凝胶状物质,即为固体酒精。 点燃固体酒精,用喷壶将氯化钾、氯化钠、氯化铜等盐的甲醇溶液喷向固体酒精的火焰即可产生绚丽的彩色火焰。 三、 活动过程设计 1.用品准备 量筒、烧杯、石棉网、三角架、火柴、喷壶等;95%酒精、饱和醋酸钙溶液、饱和氯化钾、氯化铜、氯化锰、氯化锶、氯化锂的甲醇溶液等。 2.固体酒精的制作 (1)配制饱和醋酸钙溶液。量取250mL蒸馏水注
3、入500mL烧杯中,加入适量醋酸钙制成饱和醋酸钙溶液,过滤后置于300mL试剂瓶中并贴上标签待用。 (2)将95%乙醇与饱和醋酸钙溶液混合。酒精与饱和醋酸钙混合前呈液态,混合后呈半固态的凝胶状物质“胶冻”,即使将烧杯倒置,“胶冻”也不会滑落。 活动时,我们请一位同学来混合酒精和饱和醋酸钙溶液,请他将左手烧杯中的溶液倒入右手的烧杯中,再将右手烧杯中的溶液倒入左手的烧杯中。这时同学们会看到右手烧杯中已不是溶液了,也倒不出来了,会觉得非常奇怪。为了达到这样的实验效果,关键在于酒精与饱和醋酸钙溶液的体积比。 表1. 酒精与饱和醋酸钙溶液最佳体积比的确定 注:“-”表示胶冻能从烧杯中倒出;“+”表示胶冻
4、不能从烧杯中倒出。 根据表1可得,酒精与饱和醋酸钙的体积比为21、2.51、31时胶冻无法从烧杯中倒出。观察这三个比例的实验现象发现:比例为2.51时,烧杯中的液体最少,故确定酒精与饱和醋酸钙的体积比为2.51。如果两溶液混合的过程是“边加边搅拌”,有文献3报道最佳体积比为51。 3.焰色反应 (1)配制氯化钾等饱和甲醇溶液。分别量取150mL甲醇注入5只250mL烧杯中,再分别加入适量氯化钾、氯化铜、氯化锰、氯化锶、氯化锂制成饱和盐溶液,过滤后分别置于250mL喷壶中并贴上标签待用。 (2)将制得的固体酒精放在石棉网上点燃,用分别盛有氯化钾、氯化铜、氯化锰、氯化锶、氯化锂的甲醇溶液的喷壶,向
5、点燃的固体酒精外焰上方喷射各种盐的甲醇溶液,可见火焰迅速变成壮观的彩色火球。 3.活动拓展 围绕这两个实验,学生可以开展以下一系列活动,如: (1)探究酒精和饱和醋酸钙溶液的体积比 设计探究实验,以“固体酒精”能否从烧杯中倒出为衡量标准,确定酒精和饱和醋酸钙的最佳体积比。经查阅资料,学生在文献3中发现酒精和饱和醋酸钙的体积比为51。因此,学生设计以酒精和饱和醋酸钙体积比分别为11、21、31、41、51、61、1进行实验,观察实验现象并做好实验记录。若所得最佳比例与文献3不一致,试分析原因。 (2)分析固体酒精的火焰颜色 固体酒精的火焰颜色与酒精灯的淡蓝色火焰是不同的,固体酒精的火焰颜色为橙红
6、色,这是为什么呢?有学生提出这可能与焰色反应有关:固体酒精中含有醋酸钙,火焰的颜色很有可能就是醋酸钙的焰色!经过查阅资料,醋酸钙的焰色为橙红色,与该固体酒精的火焰颜色一致。但为什么利用固体酒精的火焰还可以看到其他盐类的明显的焰色呢?试分析原因。 (3)猜一猜是哪种金属及其化合物的焰色 取盛有氯化钾、氯化铜、氯化锰、氯化锶、氯化锂的甲醇溶液的喷壶,分别向点燃的固体酒精外焰上方喷射23次盐的甲醇溶液。观察火焰的颜色,并让学生猜测焰色所对应的盐类。在教材中需要使用蓝色钴玻璃方能观察到的钾的紫色焰色在该实验中可通过肉眼直接观察;MnCl2和NaCl的焰色类似,学生很难区别两者,这也说明具有黄色焰色的化合物并不一定就是NaCl,还有可能是MnCl2;不太常见的化合物SrCl2、LiCl等的焰色,非常漂亮夺目,一般学生不易猜出,但也会有知识面宽的学生知道,猜出者可给予一定奖励。 以上活动曾在全省初中化学教师实验技能电视展演上表演,获得广泛好评。 (以上实验照片均见本期封底)