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神奇的阿拉丁燈---過氧化氫的分解反應
by yangsp, 2011-10-29 23:02:17, 人氣(10239)
 

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:葉冠慧  E524028


神奇的阿拉丁燈---過氧化氫的分解反應

簡介

在不透明的瓶罐內加入過氧化氫溶液,再將一小袋碘化鉀落入瓶中,隨即產生大量煙霧,彷彿童話故事中阿拉丁神燈內的巨人出現之情境。

 

簡介

在不透明的瓶罐內加入過氧化氫溶液,再將一小袋碘化鉀落入瓶中,隨即產生大量煙霧,彷彿童話故事中阿拉丁神燈內的巨人出現之情境。

示範步驟(實驗中最好戴安全眼鏡與手套

1. 取一個 125 mL之錐形瓶並附瓶塞。本實驗為了方便拍攝使用透明錐形瓶,未使用不透明的錐形瓶。若要增加神秘感,則建議用不透明的瓶罐。
2. 加入 30-50 mL 的 30% 過氧化氫溶液於上述瓶內。
3. 準備一茶包,取出茶包內原有之茶葉後,將約 2 g 的碘化鉀固體填裝入茶包內,小心地將茶包袋口封緊,如圖一所示。
4. 將捆好之茶包懸吊於錐形瓶之瓶頸處,在瓶口塞入塞子以使茶包保持懸空,如圖二所示。
5. 在示範教學時,取出塞子讓茶包掉入過氧化氫溶液中,隨即產生大量的煙霧,而獲得神燈內巨人出現時之效果,如圖三和圖四所示。

圖一

圖二

圖三 圖四

溶液和器材

1. 30% 的過氧化氫(Hydrogen Peroxide, H2O2)溶液,約 40 mL。
2. 碘化鉀(Potassium Iodide, KI)細小顆粒狀 約 2 g。
3. 附有塞子的 125 mL 錐形瓶一個。
4. 蒸餾水若干。
5. 茶包一個。
6. 滴管數支。
7. 量筒二個。
8. 小燒杯二個。

原理和概念

1. 這個實驗牽涉到過氧化氫溶液的催化分解反應,產生氧氣和水蒸氣,總反應式為:
                      I-
2 H2O
2(aq) O2(g) + 2 H2O(g) + heat
2. 這個實驗以二步驟進行,而 IO- 為反應之中間物質。
H2O2(aq) + I-(aq)
H2O(l) + IO-(aq) + heat
H2O2(aq) + IO-
(aq)H2O(g) + O2(g) + I-(aq) + heat
3. 過氧化氫在常態下分解速率不快,加入碘化鉀後瓶內立即發生劇烈作用,產生大量氧氣與煙霧般水氣,顯示碘化鉀在反應中發揮了催化作用。
4. 此實驗產生黃色物質為碘分子。碘離子在此實驗中不僅扮演催化劑的角色,而且碘離子也會被過氧化氫氧化生成碘分子,濃度低時呈現黃色,濃度高時呈現棕色。碘離子長時間暴露於空氣中也會被氧氣氧化生成碘分子,這個現象可以從未關緊而且久置的碘化鉀的藥瓶中觀察到黃色物質。利用澱粉溶液可以靈敏地偵測此黃色物質為碘分子。
在酸性條件下,碘離子容易被次氯酸根離子(IO-,過氧化氫分解的中間物質)氧化生成碘分子 (或三碘離子)。
2H+(aq) + IO-(aq) + 2I-(aq
I3-(aq) + H2O(l)

教學提示

1. 可使用固體的 MnO2 代替固體的 KI,來催化過氧化氫的分解反應。
2. 實驗配置 H2O2 前,應戴上手套以避免皮膚接觸到 H2O2 而造成灼傷。
3. KI 加入H2O2 溶液後,H2O2 溶液顏色隨即由無色轉變為黃色,同時溶液內部產生許多氣泡,逸出大量的氧氣及煙霧般水蒸氣。
4. 實驗進行中觸摸瓶身會有溫熱的感覺,可使用溫度計測出溫度升高,是為放熱反應。
5. 這個實驗涉及過氧化氫的分解,固體的 KI 催化以及放熱反應,可向學生解說反應機制與催化劑用途。
6. 教師在演示前必須事先預作,以確定反應發生所產生煙霧狀水蒸氣之效果,準確控制 H2O2 濃度KI 之用量。(注意:H2O2 濃度過高會使反應過於激烈而瞬間產生大量氧氣及水氣噴出。)

問題和參考答案

1. 這個實驗所產生的大量氣體是什麼?
答: 這個實驗所產生的大量氣體是由過氧化氫分解所產生的氧氣與水蒸氣。
2. 碘化鉀在這個實驗中扮演什麼角色,有怎樣的作用呢?
答: 碘化鉀在此實驗中扮演催化劑的角色,可以加速過氧化氫迅速分解產生氧氣與水蒸氣。
3. 有其他物質可以代替碘化鉀參與過氧化氫分解反應嗎?
答: 可以使用二氧化錳代替碘化鉀作為過氧化氫分解反應的催化劑。

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2Ed., 1988, Volume 2, pp 40-41, Washington, D.C., American Chemical Society.
2. 程恕人,高中化學教學示範實驗方法之設計,科學教育雙月刊,第41期, 頁 35~38,70年六月,台灣師範大學科學教育中心。
3. Potassium Iodide Indicator, Peroxide–Forming Solvents, http://www.sigmaaldrich.com/Area_of_Interest/Research_Essentials/Solvents/Key_Resources/Peroxide_Formation.html(擷取日期:2007.03.21)
4. Experiments with Oxygen, Microscale Gas Chemistry, http://mattson.creighton.edu/O2/(擷取日期:2007.03.21)

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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