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浮浮沉沉的通心法寶
by yangsp, 2011-08-31 22:37:00, 人氣(3468)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:羅世奇 E8524005


浮浮沉沉的通心法寶

簡介

把磨碎的通心粉和小蘇打粉的混合物加入醋酸的水溶液後,結果發現原本沉在瓶底的通心粉竟然會如聞雞起舞般地飄移,仔細觀看不禁讓我聯想到羅賓威廉斯主演的美夢成真,電影內有一幕是來到希臘神殿般的天堂,裡面的女神可以隨意上天下地,就好像廣口瓶內浮浮沉沉的通心粉,所以取名為通心粉之飛天法寶,簡稱通心法寶。

示範步驟

1. 到超市買來的一包通心粉,如圖一所示,抓起一把放到研砵中磨碎成約米粒大小,再把通心粉倒入體積約 300 毫升的燒杯(或廣口瓶)內。
2. 再倒入約 30 克重的小蘇打粉(即碳酸氫鈉),然後均勻混合小蘇打粉和碎通心粉 。
3. 加入體積約 150 毫升的蒸餾水,充分溶解底部的小蘇打粉,這時的通心粉應仍然留在瓶底。
4 最後再加入約 50 毫升的食用醋後,如圖三所示,結果會產生大量氣泡,如圖四所示。
5 於是通心粉就開始進行浮沉的來回運動,如圖五所示。
6 為了收集並檢驗所產生的氣體是否為二氧化碳,使用橡皮塞及導管將氣體導入澄清的飽和石灰水中,如圖六所示。
7 再用潮濕的藍色石蕊試紙測試該氣體,看是否會變成紅色,如圖七所示。
圖一 市售的通心粉

圖二  市售的小蘇打粉

圖三  市售的食用醋 圖四 醋遇到小蘇打粉溶液會產生大量氣泡
圖五 通心粉開始浮浮沉沉 圖六 檢驗產生氣體的裝置

 圖七 潮濕的藍色石蕊試紙測變成紅色

溶液和器材

1. 500 mL 的燒杯一個。
2. 小蘇打粉一包。
3. 蒸餾水若干。
4. 食用醋一瓶。
5. 藍色石蕊試紙一張。
6. 燒杯、導管、橡皮塞和廣口瓶,如圖六所示。
7 通心粉一包。
9 澄清石灰水。

原理和概念

1. 食用醋裡面的醋酸會和碳酸氫鈉作用產生二氧化碳氣體,其反應式如下:

2 H+(aq) + HCO3-(aq) → H2O(l) + CO2(g)

2. 當所產生的二氧化碳氣體和碎通心粉接觸時, 通心粉吸附含二氧化碳氣體,而造成整個密度小於水溶液,因此向上浮起。
3. 當二氧化碳氣體在水溶液表面跑掉後,祇剩下通心粉而已,通心粉的密度大於水溶液,因此通心粉又沉下去了。
4 澄清飽和的氫氧化鈣溶液遇到二氧化碳會產生碳酸鈣沉澱,使溶液變為混濁。
5 二氧化碳遇水會形成碳酸,因此會讓潮濕的藍色石蕊試紙變成紅色。

教學提示

1. 事先練習以便得到小蘇打粉和醋酸的適當比例及數量。
2. 學生若想要知道通心粉大小和它上下沈浮的頻率及持續時間之間的關係,則可於適當時機演示給他們看或由學生自行探討。
3. 可用葡萄乾加入淡色的碳酸飲料中試看結果如何。

問題和參考答案

1. 這種上下浮沉的效應和所使用的氣體有很大的關係嗎?
答: 這個實驗所用的氣體為二氧化碳,如果改用其他氣體(如氫氣),結果應該沒有很大的不同。
2.  有哪些變因會造成通心粉的上升速率不同?
答: 若通心粉本身的顆粒越大,溶液中的醋酸濃度越大,小蘇打粉的濃度越高,則通心粉的上升速率會越快。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. And Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, p 35, Washington, D.C., American Chemical Society.
國中理化,第一冊,頁 56,民 88 年,國立台灣編譯館,台北市,。

適用程度

ˇ國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 大學普通化學

安全

 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

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