许多金属单质或它们的化合物在火焰上灼烧时都会使火焰呈现特殊的特征颜色，叫做焰色反应，它是碱金属、碱土金属具有的一种特殊的性质。

南北朝时期，梁代道教思想家、著名医药学家陶弘景 (456~536)在其《本草经集注》中提到:“先时有人得一种物, 其色理与朴消 (Na2SO4) 大同小异，朏朏如握雪不冰。强烧之，紫青烟起，仍成灰，不停沸，如朴消，云是真消石（KNO3）也。” 此中的“紫青烟起”即是钾盐所特有的性质。这个发现早于西方 1200多年。

西方很多化学史资料显示，最早发现“焰色反应”的是德国的化学家马格拉夫（1709-1782）。1758 年，在一次实验中马格拉夫将两种“碱”——苏打（Na2CO3）和锅灰碱（K2CO3）的粉末分别撒在酒精灯火焰上，发现苏打使火焰呈黄色，而锅灰碱却使火焰呈紫色。1762年，马格拉夫对这两类碱生成的各种钠盐、钾盐进行了一系列系统的实验比较，发现钠盐和钾盐可以用使火焰产生特征焰色。从此焰色反应成为鉴别钠盐、钾盐的常用手段。

1825年，英国物理学家托尔包特（Talbot）制造了一种研究光谱的仪器，并对广泛的盐类进行了焰色试验。他观察到不仅钠盐把火焰“染”成黄色、钾盐把火焰“染”成紫色，而且铜能使火焰呈现翠绿色、钡盐使火焰呈现草绿色等。他可以说是第一个意识到把某一特征光谱线和某一物质的存在联系起来的人。

1855 年，德国化学家罗伯特·本生（Robert Bunsen）发明了本生灯，灯内煤气燃烧时产生几乎无色的火焰，温度高达一千多度。由于火焰无色，不会干扰实验观察，因此本生利用这个装置研究各种盐类在火焰中呈现不同焰色的现象。本生尝试通过火焰颜色来检测元素，由于钠的黄色火焰掩盖了其他元素的颜色，他便使用蓝色钴玻璃滤掉黄色火焰，成功区分了锂盐和钾盐的焰色。然而，他在区分锂盐和锶盐的暗红色时失败了。他认识到，单纯通过火焰颜色的视觉观察来识别元素是有限的。如今高中教科书上提及的“通过蓝色钴玻璃观察钾的焰色”这一方法就是来自于本生。

本生与古斯塔夫·基尔霍夫（Gustav Kirchhoff）合作，开发了光谱分析技术。基尔霍夫提出了通过棱镜观察彩色火焰的发射光谱，以区分不同物质的想法。这一研究通过对火焰的光谱进行详细分析，确定了不同元素在焰色反应中的特定光谱线。1860年，本生和基尔霍夫借助他们前一年发明的分光镜发现了两种碱金属：铯和铷。这些发现开启了发现新元素手段的新时代，奠定了原子发射光谱定性分析的基础。

焰色反应可用原子电子跃迁和光电发射原理解释。每种元素的原子都有其特别的光谱，当受火焰加热时原子的电子会跃迁至较高的不稳定能级。随后，这些电子会自发地跃迁回较低能级。根据玻尔理论，当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，放出波长不同的光子，从而表现为不同的焰色。例如钠原子的第一激发态与基态的能级差是 ，当电子从第一激发态向基态电子从跃迁时释放的光子波长为

波长为589nm的光属于可见光区的黄光，所以钠的焰色反应呈黄色。

焰色反应实验所用样品大多是盐类，在常温下多为固体，其中的元素是以离子形式而非原子形式存在。实验时通常用其盐溶液在酒精灯或煤气灯火焰上灼烧。煤气自然燃烧时，焰心温度为800～1000℃。当固体或液体样品在火焰中加热时，样品首先蒸发并转变为气态，火焰提供的能量足以打破化学键，使其分解为基态的气态原子或离子。随后，这些基态的气态原子或离子的电子受热激发至高能级，退激过程放出光子，表现出特定的光谱。

实验表明，焰色反应是元素的固有特征，且不受其化学状态或物质的聚集态影响。

并非所有的金属元素都有焰色反应，像镁、铝和银等元素因在可见光区没有谱线而无特征的焰色 。

部分非金属的焰色反应

部分非金属元素也有焰色反应，例如硼化合物。当硼酸与乙醇或甲醇在浓硫酸存在下发生酯化反应，生成挥发性的硼酸酯，其燃烧时会产生特有的绿色火焰。反应原理可以表示为：

燃烧反应为：

在实验中，乙醇既作为反应物又作为燃料，浓硫酸起到催化剂和脱水剂的作用。此外，硼砂等硼酸盐与硫酸混合时反应生成硼酸，进而与乙醇发生酯化反应，燃烧时产生焰色反应。因此，利用焰色反应可以用来检验硼酸或硼酸盐等。

除硼元素外，诸如砷、磷、硒、碲等非金属元素在焰色反应时也有其特征的火焰颜色。

以下表格参考了资料

焰色试验是一种相对快捷的鉴定测试。根据某些金属或者它们的挥发性化合物在无色火焰中灼烧时会呈现出不同颜色的火焰，可以对这些金属离子进行焰色试验，从而可以判断物质中是否含有这些金属元素或金属化合物。如焰色洋红色含有锶元素，焰色蓝绿色含有铜元素，焰色黄色含有钠元素，焰色紫色含有钾元素，砖红色则含有钙元素等。

收集样品在火焰中发的光，借助光谱分析，检定光谱中元素的特征谱线的存在与否，可对试样进行定性分析；进一步测量各特征谱线的强度可进行定量分析，这就是原子发射光谱的工作原理。

在烟花中，五颜六色的色彩就是利用了元素的焰色反应。当火药燃烧时，其中的金属粉末被加热会释放出特定颜色的光。通过精心选择和配置不同的化学物质、金属元素，以及烟花的结构，可以确保当烟花爆炸时呈现出预期的颜色和图形。

信号弹是一种能发射到空中，用于产生强光与烟雾的装置。通常用于传达信号、引导或照明。

信号弹的工作原理基于氧化还原反应。信号弹中的氧化剂（如硝酸锶、硝酸钾等）在高温下分解，释放氧气，与燃料（如木炭、硫磺等）进行剧烈燃烧反应，此过程中会产生大量的热量和光。一些信号弹通过添加特定的化学物质，通过焰色反应来改变火焰的颜色，例如锶化合物用于红光，钡化合物用于绿光，钠化合物用于黄光等。

彩焰蜡烛指点燃后的火焰能够呈现红、黄、绿、蓝、紫、白等各种颜色的蜡烛。利用各种盐类物质（如氯化铜、氯化锂、氯化锑等）在焰色反应中能发出不同的颜色，把盐类物质分别粘附在烛芯上或溶入蜡烛中。在点燃这些蜡烛时，就能产生各种色彩鲜艳的火焰。

以碳酸钠溶液、碳酸钾溶液为例：

1.把焊在玻璃棒上的铂丝（或用光洁无锈的铁丝）放在酒精灯（最好用煤气灯）外焰上灼烧，至与原来的火焰颜色相同时为止。用铂丝（或铁丝）蘸取碳酸钠溶液，在外焰上灼烧，观察火焰的颜色。

2.将铂丝（或铁丝）用盐酸洗净后，在外焰上灼烧至没有颜色时，再蘸取碳酸钾做同样的实验，此时要透过蓝色钴玻璃观察火焰的颜色。

实验现象：碳酸钠的焰色呈黄色，碳酸钾的焰色呈紫色。

实验原理：很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色，这在化学上叫做焰色反应。

实验结论：钠的焰色反应为黄色，钾的焰色反应为紫色。

实验注意

1,洒精灯火焰带黄色，故火源最好用酒精喷灯或煤气灯。

2.蓝色钻玻璃可吸收黄光，排除钠盐的干扰。可在玻璃上涂蓝色颜料来代替蓝色玻璃。

实验启示

1,焰色反应是金属或金属离子的性质，无论是其溶液还是固体、金属单质或是含有该金属元素的化合物，都具有这一性质。

2.由于钾与钠的性质相似，在钾的化合物中常常含有钠离子，给观察钾的焰色带来干扰，故在观察钾的焰色反应时需通过蓝色钴玻璃滤去黄光。

3.焰色反应常用于物质的检验和鉴别。

用盐酸蘸洗金属丝而非稀硫酸，这是因为金属氧化物与盐酸反应生成的氯化物在灼烧时易汽化而挥发，盐酸本身也易挥发；若用硫酸，由于生成的硫酸盐的沸点很高，少量杂质不易被除去，干扰火焰的颜色。

1.实验室中鉴定金属离子时，杂质常常会对实验结果造成干扰。例如铜单质及氧化铜并不会发生焰色反应，但未处理的铜丝表面可能因存在部分杂质如（油渍、汗渍等）而使焰色反应呈绿色。观察钾盐的焰色反应时，为了避免钾盐（如碳酸钾）中所含的微量钠盐干扰，需要透过蓝色钴玻璃观察火焰的颜色。

2.实验过程中，对于未知液体，利用焰色反应检验离子，因为溶液中可能会含有其他有毒物质，加热后可能会挥发出来，或者加热时可能生成有毒物质，可能会对实验人员造成伤害。

这里列举部分可行的改进方法。

挡风夹

挡风夹可以防止焰色干扰。对于常用型号的酒精灯，取一块 14×7.5cm2大小的薄铁片，按2.5cm 折两次，变成长和宽各为 2.5cm，高为 14cm 的挡风夹。将其下端稍弯曲，用时夹在酒精灯上。没有铂丝也可用铁代替。

通过增设挡风夹既能避免实验时酒精灯火焰受风干扰，能有效地提升火焰的长度，又不会挡住学生视线，还可以形成背景底色，有利于对比观察。

注射器针尖焰色反应

点燃酒精灯。取带针头的注射器，拔出注射器的活塞，将溶液小心倒入注射器中，装上活塞。倒置注射器，推动活塞，排出过量的空气。针头倾斜向上放置，小心挤出几滴溶液，让溶液缓慢顺着针头滑下，先靠近酒精灯外焰，后逐渐离开酒精灯，观察现象 [11]。需要注意塑料针管不耐高温，不宜久烧。这个实验的优点是一次性注射器在生活中简单易得，且可以连续不断地进行实验，清洗过程简单 [11]。

喷雾式焰色反应

实验材料

- 200 mL 95% 甲醇

- 5~8个喷壶（常用喷洒消毒剂的喷壶）

- 以及 各 0.5 g~1 g

- 酒精灯

实验步骤

1. 准备工作：

- 每种盐加入各自的喷壶中，并加入约20 mL 甲醇，拧紧盖子后振荡，确保盐类尽可能均匀分散。

- 为避免喷壶口被未溶解的盐堵塞，可适当修整喷壶的进水管，使管口距离壶底约0.5 cm，并调整喷嘴以获得最佳雾化效果。

2. 实验过程：

- 点燃酒精灯。

- 向酒精灯外焰上方喷射含盐的甲醇溶液，产生相应的彩色火球（焰色反应）。

- 每次喷洒形成的彩色火球约能持续1秒，重复喷洒 2~3 次即可再现彩色火球。

- 注意事项：

- 实验过程中应避免距离观众太近，防止喷雾误射到观众身上。

- 需远离易燃易爆物品。