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        焰色反應(yīng)的趣味化演示裝置的研制

        2019-10-22 10:05:26李明立曹廣雪
        化學(xué)教與學(xué) 2019年9期
        關(guān)鍵詞:龍卷風(fēng)

        李明立 曹廣雪

        摘要:將化學(xué)上的焰色反應(yīng)、電子的躍遷,地理中的龍卷風(fēng)以及物理中的伯努利原理有機(jī)結(jié)合起來(lái),用化學(xué)藥品和生活中常見(jiàn)物質(zhì),通過(guò)一系列模型展示,讓枯燥的原理和知識(shí)清晰可見(jiàn)。

        關(guān)鍵詞:固體酒精;焰色反應(yīng);電子躍遷;龍卷風(fēng);伯努利原理

        文章編號(hào):1008-0546(2019)09-0080-02

        中圖分類(lèi)號(hào):G633.8

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

        doi: 10.3969/j.issn.1008-0546.2019.09.025

        焰色反應(yīng)是物質(zhì)原子內(nèi)部電子能級(jí)的改變即電子的躍遷,當(dāng)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)釋放能量,從而以光的形式顯現(xiàn)出來(lái)。主要是某些金屬或它們的揮發(fā)性化合物在無(wú)色火焰中灼燒時(shí)使火焰呈現(xiàn)特征顏色的反應(yīng)。是高中化學(xué)必修教材中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn),電子的躍遷則是化學(xué)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。

        龍卷風(fēng)、空氣渦旋是地理學(xué)中的一種相當(dāng)猛烈的天氣現(xiàn)象,它的形成與低氣壓和旋轉(zhuǎn)之風(fēng)向有關(guān),溫度差和強(qiáng)對(duì)流是形成龍卷風(fēng)的主要原因。

        伯努利原理即流體流速越大的地方壓強(qiáng)越小,龍卷風(fēng)是內(nèi)部空氣流速遠(yuǎn)大于外部空氣流速,此壓力差即為外界提供物體做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力,從而形成了圓周運(yùn)動(dòng)的離心運(yùn)動(dòng)。

        本實(shí)驗(yàn)的系列改進(jìn)能夠直觀地同時(shí)展示上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

        一、簡(jiǎn)易組合演示器

        器材:旋轉(zhuǎn)臺(tái)、圓柱形鐵絲網(wǎng)垃圾桶、焊接好的酒精盛放容器、點(diǎn)火器、固定鐵釘。 試劑:95%酒精、飽和醋酸鈣、碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末等。

        實(shí)驗(yàn)步驟:(1)將95%酒精和飽和醋酸鈣溶液按照5:1混合,倒入四個(gè)容器中,并分別快速在生成的固體酒精中分別加入碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末。

        (2)用點(diǎn)火器點(diǎn)燃固體酒精,將旋轉(zhuǎn)臺(tái)快速旋轉(zhuǎn),可以看到龍卷風(fēng)的形成。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

        優(yōu)點(diǎn):固體酒精的使用,便于旋轉(zhuǎn)而不發(fā)生火災(zāi),彩色的火焰宛如麻花纏繞,形象地展示了不同金屬的焰色反應(yīng)。

        缺點(diǎn):轉(zhuǎn)速慢,火焰火苗不旺,形成的龍卷風(fēng)不劇烈。

        同時(shí)實(shí)驗(yàn)證明:第一次焊接的四個(gè)容器不實(shí)用。

        二、透明圓柱體對(duì)刨演示器

        器材:透明圓柱亞克力管對(duì)刨、蒸發(fā)皿(或者坩堝)、點(diǎn)火器。

        試劑:95%酒精、飽和醋酸鈣、碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末等。

        實(shí)驗(yàn)步驟:(1)將95%酒精,分次倒入蒸發(fā)皿中,分別加入碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末。

        (2)用點(diǎn)火器點(diǎn)燃固體酒精,將對(duì)刨的圓柱體離開(kāi)一點(diǎn)縫隙,可以看到龍卷風(fēng)的形成。

        (3)改變蒸發(fā)皿的個(gè)數(shù),從四個(gè)到三個(gè),到兩個(gè)再到一個(gè),都可以觀察到火焰龍卷風(fēng)的形成,而實(shí)驗(yàn)證明,兩個(gè)的效果最快,最好。

        (4)調(diào)節(jié)縫隙的位置,可以看到順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)不同方向的龍卷風(fēng)。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

        優(yōu)點(diǎn):便于改變盛放酒精容器的數(shù)量,便于彩色的火焰宛如麻花纏繞,形象地展示了不同金屬的焰色反應(yīng)。

        缺點(diǎn):這種狀態(tài)下形成的龍卷風(fēng),需要通過(guò)改變有機(jī)玻璃板的大小才能改變其劇烈程度;小型的對(duì)刨容器容易受到火焰的燒烤而變形。

        三、迷你發(fā)生器

        器材:軸承、圓柱形鐵絲網(wǎng)筆筒、蒸發(fā)皿、點(diǎn)火器、圓形固定底座。

        試劑:95%酒精、飽和醋酸鈣、碳酸鋰粉末、硫酸銅粉末、食鹽粉末等。

        實(shí)驗(yàn)步驟:(1)將筆桶固定在圓形固定底座上。

        (2)將固體酒精盛放容器放入圓柱形鐵絲網(wǎng)筆筒中。

        (3)取上述配制好的固體酒精(含不同金屬離子的鹽)分別放入容器內(nèi),并點(diǎn)燃。

        (4)快速旋轉(zhuǎn),可以觀察到快速旋轉(zhuǎn)的火焰龍卷風(fēng)。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

        優(yōu)點(diǎn):彩色的火焰宛如麻花纏繞,形象地展示了不同金屬的焰色反應(yīng),裝置小,便于推廣和使用。

        缺點(diǎn):由于是微型化的裝置,不夠劇烈。

        四、進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)想

        變手動(dòng)為電動(dòng),電動(dòng)變成可調(diào)速度的轉(zhuǎn)動(dòng),在某一固定轉(zhuǎn)速下,達(dá)到現(xiàn)象的完美。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 宋心琦,普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)(必修1)[M].北京:人民教育出版社,2012

        [2]宋心琦,普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)(選修3)[M].北京:人民教育出版社,2012

        [3]曹廣雪,神奇的催化劑[J].化學(xué)教育,2014(1):70-71

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