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水土交融&大砲轟炸---利用投影機呈現化學反應的現象
by yangsp, 2011-10-29 22:43:18, 人氣(3081)

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:曾玉亨 E524022


水土交融&大砲轟炸---利用投影機呈現化學反應的現象

簡介

1. 水土交融:在投影片上分別滴上硫酸銅溶液和氨水,利用水將其合併,就會產生氫氧化銅的固體,就像水中混有泥沙的樣子,故稱其為「水土交融」。
2. 大砲轟炸:在投影片上分別滴上碳酸鈉溶液和硫酸溶液,在其中間滴上蒸餾水,並將它們分別和水合併,藉由水將其融合,便會產生反應而有氣泡生成,看起來就像大砲轟炸到地面的景象。

示範步驟(實驗中最好戴安全眼鏡和手套

1. 在投影片的一邊用滴管滴上如硬幣般大的 0.1 M 硫酸銅溶液,於另一端滴上稀釋的氨水。
2. 在兩溶液之間滴上一些蒸餾水,但此時不使兩溶液相互接觸。
3. 再可用滴水的方式(或利用玻棒)將水和兩溶液合併,因為溶液中的離子令慢慢地擴散的緣故,兩溶液會慢慢地混合,導致氫氧化銅的沉澱產生,此混合的溶液在投影後看起來像是水中混有泥沙的樣子,如圖一所示。
4. 將溶液改成1.0 M 的碳酸鈉溶液和 3.0 M 的硫酸溶液,然後重複上述之步驟。
5. 此兩溶液混合後會產生氣泡,當氣泡破掉時,就宛如大砲轟炸地面般的景象,如圖二所示。

圖一   

圖二

溶液和器材

1. 0.1 M的硫酸銅溶液:2.5 g 的硫酸銅(CuSO45H2O)溶於 100 mL 的蒸餾水中。
2. 稀釋的氨水:取25 mL 的濃氨水,稀釋成 50 mL
3. 1.0 M的碳酸鈉溶液:10.6 g 的碳酸鈉溶於 100 mL 的蒸餾水中。
4. 大約3 M 的硫酸溶液:取約 18.6 mL 的濃硫酸,倒入約 60 mL 的蒸餾水中,然後稀釋至 100 mL
5. 蒸餾水少許。
6. 滴管一支。
7. 投影片兩張。
8. 玻棒一支。

原理和概念

1. 水土交融這實驗的反應式如下:
Cu2+(aq) + 2OH-(aq) → Cu(OH)2(s)
2. 當硫酸銅溶液中的銅離子遇到氨水中的氫氧根離子,則會生成氫氧化銅的沉澱。若氨水加過量,則會產生深藍色的氨銅的錯化物[Cu(NH3)42+]。
3. 大砲轟炸此實驗的反應式如下:
2H+(aq) + CO32-(aq) → CO2(g) + H2O(l)
4. 醋酸鈉溶液中因含有碳酸根離子,當其遇到酸性溶液時(即含有H+離子的溶液),就會反應生成二氧化碳和水,而二氧化碳便是氣泡的來源。

教學提示

1. 滴在兩溶液之間的水不可滴的太多,因為這水的作用只是作為兩溶液間接接觸的橋樑,若加的太多,則之後會稀釋掉溶液,反應的結果會不明顯。
2. 所使用的投影片應要保持乾淨,盡量不要有其他的干擾物在上面,而使學生的注意力分散。
3. 若要學生在投影片上能明顯的看出硫酸銅溶液的顏色,則所配置的硫酸銅溶液其濃度應要更濃一些。
4. 若要使大砲轟炸這實驗更漂亮,則使用的碳酸鈉溶液,其濃度應該要更大,所產生的二氧化碳會更多更漂亮。

問題和參考答案

1. 請寫出水土交融此實驗的反應式。
答: Cu2+(aq) + 2OH-(aq) → Cu(OH)2(s)
2.  請問在大砲轟炸的實驗中,為什麼會有氣泡產生?
答: 因為碳酸鈉溶液中含有碳酸根離子,當它遇到酸時,因酸含有氫離子,他們會起反應,而生成二氧化碳,這就是氣泡的來源。其反應式如下:2H+(aq) + CO32-(aq) → CO2(g) + H2O(l)
3. 家中的大理石桌子,若不小心被洗廁所的鹽酸滴到了,是否也會產生氣體?
答: 會的,因為大理石的主要成分是碳酸鈣,同樣也有碳酸根存在,當遇到酸性溶液時,亦會生成二氧化碳氣體,其反應式如下:2H+(aq) + 2Cl-(aq) +CaCO3(s) → CO2(g) + Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) + H2O(l)

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, pp 119-120, Washington, D.C., American Chemical Society.
2. Ebbing, Darrell D. and Wrighton, Mark S. General Chemistry, Third Edition, 1990, pp 91-92, Houghton Mifflin company, Boston.

適用程度

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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