一、原子光譜

1.   光譜即為各種不同頻率的光在底片或感光元件上呈現之譜線。

2.   1859年，德國人克希何夫（Gustav Robert Kirchhoff）和本生（Robert Wilhelm Bunsen）研究各種火焰的光譜。他們發現氣態原子受激發後僅放出特定頻率的光，光譜呈現線狀分布，該譜線各有其特定的波長(如附圖)，因此光譜可用於精密分析物質的組成成分，對於鑑定化合物的化學成分有重大意義。

【圖一】

二、電子躍遷與焰色

1. 原子或離子中的電子吸收特定能量的光後，可以躍遷到其他較高的能階上，而後躍遷回低能階處時，會將兩能階間的能量差以光或熱的形式放出，若以光的形式放出時，則產生光譜。

【圖二】

2. 各種不同的原子或離子間的能階能量差有所不同，因此所釋放出來的光波波長亦不盡相同，進而產生不同顏色的色光，也因此這些不同的色光就如同原子或離子的指紋般，可以協助我們辨別物質的成分，常見的金屬與其對應的焰色如附表。

【圖三】

 1.   將實驗一中所觀察到的金屬鹽類焰色記錄於下表中。

2.   ( )跨年時，小鎂與小鍶一同去台北101觀賞煙火秀，以下是小鎂與小鍶的對話：

小鎂：哇，今年的101跨年煙火秀實在是太美了，五光十色的煙火絢爛奪目，其中緋紅的色光象徵著新年的喜氣洋洋、明亮的黃色也帶給人充滿活力的感受而那鮮明的亮綠色也給人新鮮舒適的協調感，實在是不虛此行。

小鍶：對呀，除了這些繽紛的色光外，最單純的白光也和黑夜形成鮮明的對比，好不漂亮呀！

試根據上述兩人的對話判斷下列何者可能是該次煙火秀中所使用的著色劑？(應選4項)

(A) BaCl2 (B) SrCl2 (C) NaCl    (D) KCl (E) Mg

3.   ( )現今環保意識的抬頭，傳統煙火對於環境的危害不可忽視，因此環保煙火的產業亦有所發展，下列有關於環保煙火的敘述，何者錯誤？

(A)環保煙火在配方中盡可能不採用硫元素等物質，進而減少硫化物的生成。

(B)使用其他替代的有機物作為可燃物，降低燃燒後的懸浮微粒含量。

(C)現已完全不添加金屬鹽類粉末，以杜絕燃燒後所產生的微粒。

(D)透過改變氧化劑和可燃物的量來控制燃燒溫度，盡可量將低高溫燃燒對環境的危害。

參考答案

1.

 2.(A)、(B)、(C)、(E)

3.(C) 

實驗安全事項

一、焰色實驗

1.   焰色實驗避免學生使用金屬離子過量，造成藥品浪費。

2.   焰色實驗時，須注意學生用火情形最好戴上安全眼鏡。

二、仙女棒DIY

1.   自製仙女棒中，硝酸鉀與氯酸鉀粉末有燃燒的危險，故盡量以攪拌方式混合。

2.   為防吸入粉末藥品，製作時應全程配戴口罩。

3.   自製仙女棒應於陰涼處風乾，避免放置於高溫處

4.   點燃自製仙女棒時可以戴工地手套避免太燙。

實驗廢棄物處理

1.   燃燒後的金屬粉末屬無機廢棄物，應集中於廢棄物收集瓶處理。

教學心得

化學無所不在，在生活中隨處可見，也正因為可見，若能從這些眼見為憑的生活經驗中，讓孩子能將科學原理概念與其連結，本次透過煙火的施放連結原子光譜的概念，深入了解煙火成色的原理，並藉由焰色與DIY仙女棒的活動，讓孩子從做中學，最後再引導孩子了解傳統煙火對環境的危害，同時也能更進一步認識環保煙火盡可能兼顧環保與美觀的巧思，希望能讓孩子藉由這樣的課程設計更自發地深入研究生活中的現象，同時也在這個過程中更主動地關注生活議題。 

• 賴亭伶、陳斾玎(2016)。微量化學實驗：製作五彩焰色試驗棒。《臺灣化學教育》，第十四期。

• @zfang(2019)。仙女棒教學篇。http://n.sfs.tw/content/index/10992 (Jun. 6, 2022)

• 葉名倉、劉如熹、邱智宏、周芳妃、吳明禧、陳昭錦、陳偉民(2022)。選修化學II。南一出版社。 

壹、準備活動

★教師準備：

1.   闖關地點預先準備工作桌。

2.   張貼說明海報。

3.   準備以下材料

(1)金屬鹽類(貼A~E標籤)

(2)培養皿10個

(3)酒精500 mL一罐

(4)點火槍

(5)闖關板數張

(6)藥匙5支

(7)廢棄物收集瓶1個

(8)過關印章組1組

★學生準備：

1.   預先分組，每組4至5人。

2.   選出小隊長，視需要時協助關主。

貳、闖關之前

1.   闖關負責關主及學生就位。約需兩人，關主負責解說指導，副關主負責指導與通過與不通過判定。

2.   預先集合參加同學，以小組隊伍排列。

3.   說明關卡配置與發下小組闖關卡。

4.   安全宣導，請學生於活動中注意安全。

参、進入關卡

1.   關主利用說明板複習金屬焰色原理概念。(3分鐘)

2.   關主提醒學生本關關卡規則以及注意事項。

(1)      桌面上會有五罐未知的金屬鹽類，提供學生培養皿、酒精與點火槍等器材，在時間內，請學生辨別出這五種金屬鹽類分別為何。

(2)      闖關板上註有各金屬鹽類焰色對照表。

3.   學生實作。關主要適時掌握時間和隨時給予指導、提醒。(5分鐘)

4.   實作完成後，向關主回報答案，並說明為什麼，以及觀察到的現象。(2分鐘)

(1)      A：BaCl2(焰色是淺綠色)

(2)      B：SrCl2(焰色是緋紅色)

(3)      C：NaCl(焰色是黃色)

(4)      D：KCl(焰色是紫色)

(5)      E：CuSO4(焰色是綠色)

5.   當學生答對答案後， 關主在闖關卡上簽名或蓋通過章。

伍、闖關結束

1.   收回闖關集點卡。

2.   請小朋友說明參加闖關的心得感想與各關卡的相關科學原理。

鼓勵學生探索更多生活中的化學知識。