主題1~ 點銅成銀和點銅成金

  

.實驗簡介:

古代方術之士有一招點石成金的招數,將銅幣放入鋅粉和氫氧化鈉溶液中加熱,可以將銅幣變成銀幣,再將銀幣置於火中加熱會變成金光閃閃的金幣,如魔術師般地點銅成銀和點銅成金。

.藥品及器材:(藥品器材介紹見附錄1)

1.配置6M氫氧化鈉溶液

2.蒸發皿一個

3.三腳架一座

4.陶瓷纖維網一張

5.鋅粉

6.一元硬幣數枚

.原理和概念

(1) NaOH(aq)  +  Zn(s) Na2ZnO2(aq)  +  H2(g)

(2) Zn2+(aq) + Cu(s) Cu2+ +Zn(s)

(3) Zn(s)  +Cu(s) →黃銅/鋅銅合金

.實驗步驟

1.在蒸發皿中加入5g的鋅粉和氫氧化鈉溶液(氫氧化鈉溶液的量可完全覆蓋鋅粉即可,約蒸發皿的三分之一滿)

2.加熱溶液直到接近沸騰為止(戴口罩)

3.放入銅幣,繼續加熱3~4分鐘。

4.取出銅幣,再用滴管取水沖洗之,銅幣變成銀幣。

5.用紙巾擦乾,但切勿搓磨硬幣的表面  

6. 將此硬幣置於酒精燈的火焰上烘烤,此硬幣表面變成金光閃閃的金幣

.問題與討論

1.銅幣的顏色之變化為何?

答:由紅棕色變銀色,再變為金黃色

2.這是氧化還原反應嗎?試說明何者是氧化劑、還原劑...

: 由原理和概念 3.(1)(2)反應式屬於是氧化還原反應,最初的反應係鍍鋅。鋅與氫氧化鈉反應生成鋅酸鈉,再經銅還原為金屬鋅,使銅幣被覆一層鋅,狀似銀色硬幣, 因此銅為還原劑,鋅為氧化劑

3.一定要加熱氫氧化鈉溶液才能使銅幣變成銀色嗎?

: 鋅離子被還原成金屬鋅而後附於銅幣表面,本反應式一定要加熱才會發生,由非自發反應變成自發性反應,此時銅幣表面的顏色為銀色,很像銀幣。 

4.為什麼將銀幣加熱後會變成金色的?

答:反應是(3)必須加熱才能使鋅與銅能夠熔化在一起,此很像銀幣表面的合金比例改變,鋅比例變大,造成看起來很像金幣

5.銅的合金有哪些?

:  有青銅(銅錫合金),黃銅(銅鋅合金)和白銅(銅鎳合金)等

6.實驗中的金幣是哪一種合金?比例不同會有顏色的差異嗎

:黃銅合金,會,會有顏色的差異

7.為何不能用力擦拭銀色的產物?

: 經過溶液浸煮之後的銅幣不可用衛生紙用力擦拭,否則會把只是附著於表面的鋅擦掉了。 

                                                        

 

 

 

 

                                                  資料來源

http://pckchem.ncue.edu.tw/laboratory/chemdemo/84/8424035

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            

              附錄~藥品器材介紹

1.  鐵三角架

用途:以三角形的底座支撐的鐵架。

使用方法:鐵三角架其上有一圓盤,是用來放石綿心網的。它的高度不能調整,但是其三支腳的長度有不同的規格。高腳的鐵三角架可用來在本生燈加熱時使用。較矮的鐵三角架則可用在以酒精燈加熱的場合。

石綿心網

用途:正中央以石綿塗佈的方形鐵絲網,用來使火焰的加熱範圍變廣、變均勻,並可支撐被加熱的容器。

使用方法:石綿心網是用鐵線作成的方形鐵網,故加熱時它的熱傳導性能良好,在其正中央敷上圓形的石綿層是為了使其和被加熱的玻璃器皿接觸時,不致因鐵的熱容低又傳熱快的特性,使接觸時的玻璃器皿承受過大的局部溫差改變導致應力過大而破裂。石綿因其溫度改變較慢,可防止此現象發生。石綿心網在使用時必須配合支撐架使用,最常用的方式為架在鐵三角架上(如左圖)。當用本生燈加熱時,鐵三角架通常不夠高。這時就要使用鐵架,(如右上圖 )在其上調整好鐵環的高度後,再把石綿心網放在鐵環上使用

蒸發皿

用途:盛裝溶液並藉加熱將液體蒸發的陶瓷器皿。

使用方法:為一陶瓷淺底的圓碟狀容器。當欲由溶液中得到固體時,常需以加熱的方法趕走溶劑,此時就要用到蒸發皿。溶劑蒸發的速率愈快,它的結晶顆粒就愈小。視所需蒸發速率的快慢不同,可以選用直接將蒸發皿放在火焰上加熱的快速蒸發、用水浴加熱的較和緩的蒸發或是令其在室溫的狀態下慢慢地蒸發三種方式。一般在實驗室中要純化固體時,都要以再結晶的方法來使固體的純度增加。再結晶的方法通常為選取適當的溶劑,使不純物中的雜質在此溶劑中具有難溶或不溶的特性,而欲純化的成分則在此溶劑中有相當好的溶解度。先將欲純化的固體以最少量的熱溶劑溶解,此時若有不溶的雜質,則應立即將溶液在此溫熱的狀況下過濾;如此即可將不溶的固體雜質藉過濾留在濾紙上;濾下的濾液中主成分的純度即可增加,再將濾液倒入蒸發皿中令其結晶,得到的晶體即為純度增高的物質。水浴加熱為一種緩和的間接加熱方式。當受熱物質遇到高溫容易分解時或是要結晶想得到較大顆粒的晶體時,都可使用水浴加熱。以水浴加熱時,若是用燒瓶進行化學反應,可將大燒杯中盛入適量的水,將其置於本生燈上加熱,再將反應用的燒瓶置於燒杯中的熱水內即可。當以蒸發皿進行再結晶時,則可用杯口略小於蒸發皿直徑的燒杯,並盛水至約三分之二的高度,再將蒸發皿覆於杯口;當水被加熱到沸騰時,蒸發皿即可被沸騰的蒸氣加熱。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


        
主題2~ 蔗糖的脫水

     

.實驗簡介

要將糖脫水而呈焦黑狀,都需用濃硫酸,實在是危險又會產生很難聞的味道,且也有濃煙產生,但現在要做的這個示範實驗是將糖脫水而呈焦黑狀,但卻沒有難聞的味道,除此之外,還有藍紫色的火燄產生,這個示範實驗牽涉到三個反應,比較複雜,所以通常作為引起動機之用。

.藥品與器材(藥品器材介紹見附錄2)

1.  氯酸鉀

2.  蔗糖

3.  酒精。

4.  研缽一個。

5.  錶玻璃。

6.  滴管一支。

7.  刮勺一支。

8.  火柴一盒。

9.  硫酸

 

.原理與概念

1)乙醇燃燒 C2H5OH + 3O2 →  2CO2 + 3H2O + heat 

2)蔗糖被氯酸鉀氧化  C12H22O11 + 8KClO3 → 12CO2 + 11H20 + 8KCl+heat

3)蔗糖脫水    C12H22O11 → 12C + 11H20 + heat

.實驗步驟

(a)以硫酸脫水

 1.10克的蔗糖放入錶玻璃中,倒入些許的濃硫酸

(b)以氯酸鉀脫水

 1. 2 克氯酸鉀和 10 克蔗糖,放入研缽中將之研磨均勻,將所得的混合物放置錶玻璃中,並堆成像蛋糕狀

 2.用滴管滴加藥用酒精於整個混合物之上,並呈現濕濕的狀態,但不可太濕。

 3.於混合物上點火,觀察所產生的變化。

 

 

 

.問題與討論

1.比較硫酸、氯酸鉀兩種藥品脫水的特性比較及優缺點

: (1)硫酸~1.特性:滴有硫酸的物質立刻成焦黑

          2.優點:快速、能立即觀察到實驗結果

         3. 缺點:危險性高,會產生難聞的味道,且有濃煙產生

   (2)氯酸鉀~ 1.特性:燃燒有藍紫色火焰,且有黑色柱狀體產生

             2.優點:較無危險性,不會產生難聞味道

             3.缺點:步驟較繁雜,需燃燒才能反應,需一些時間才        

            能觀看到實驗結果

2.使用硫酸、氯酸鉀分別得特別注意哪些細節

答:使用硫酸,需特別注意安全,不要被硫酸濺到,而腐蝕皮膚

    使用氯酸鉀,不要將氯酸鉀放置在空氣中1個小時

3.由這個實驗裡,你觀察到哪些現象?

:先有藍紫色火焰產生,接著有黑色柱狀體慢慢產生

 

                                               

 

 

 

 

 

 

 

                                                    

 

 

 

 

                                                    資料來源

             http://pckchem.ncue.edu.tw/laboratory/chemdemo/84/8424026/1.htm

 

 

 

          附錄~藥品器材介紹

研缽

用途:   磨碎固體的陶製、玻璃製或瑪瑙製的研磨工具組。

使用方法:研缽及杵為將顆粒大的固體物質研磨成較小的顆粒的工具。盛裝固體的容器為研缽,用來磨壓的棒子為杵。研缽使用時應隨時攪動,將顆粒較大的物質移往中間加以研磨;否則,因大小不同的顆粒會在缽內的不同位置出現,若未混合均勻,磨出的物質其顆粒大小會相當的不均勻。

滴管

用途:吸取少量的液體到其它的容器。

使用方法:滴管為一端拉細的玻璃管。它的容量只有數 毫升。在較粗的一端有乳膠頭用來控制液體的吸放。若只有少量的液體需要移注時,吸管為適宜的工具。吸管使用後,若管壁未吸附難移除的化學物質,通常可以清洗後烘乾,再重覆使用。但是一旦發現吸管遭汙染時應立即丟棄。若是取用溶劑,則宜保持用同一支滴管吸取相同的溶劑,以避免污染。滴管使用中應放在適當的容器中,切勿隨意放置桌面上,以免遭污染或滾落地上。滴管於使用時,不應將溶液吸入乳膠頭中,所有的溶液應僅存在玻璃管中,以避免化學藥品污染乳膠頭。

括勺

用途:金屬或塑膠的扁平狀工具,用來移取固體物質。

使用方法:括勺的形狀如右圖所示,可以有各種的形狀和大小。通常一端為較大的匙狀構形,用來移取較多量的化學固形物。當移取量較少時,則可用另一端較小的匙狀部分來拿取;或者換用如圖中最左方的較小尺寸的括勺。括勺使用完後應立即清洗乾淨。

錶玻璃

用途:蓋於燒杯上減少液體藉蒸發脫逃的速率。

使用方法:錶玻璃為一圓形具有曲面的玻璃板。通常蓋在燒杯上使用。其目的為防止加熱的液體太快蒸發或是遮蔽掉落的灰塵。使用時應使凹面向上。如此蒸發上來的蒸氣在錶玻璃上冷凝時,可以滴回杯內而不致沿杯壁外流。外流的冷水有時會在燒杯的底部造成燒杯因溫差過大而破裂。錶玻璃也可用來取代稱量紙或是稱量盤,來盛裝固體稱重。