化學

3D 有趣實驗:點燃方糖

3D 有趣實驗:點燃方糖
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

用鑷子夾起方糖直接在火源上加熱時,會發現方糖會出現變黑和熔化的現象,但不易燃燒起來。若將方糖沾上鹽巴或紙片灰燼後,用鑷子夾起方糖直接在火源上加熱時,會發現方糖比較容易被點燃起來。方糖放在鐵湯匙上直接在火源上加熱時,當方糖全部熔化成液體時,再持續加熱,最後仍可以觀察的方糖被點燃的情形。顯示方糖本身可燃,加入食鹽或紙張灰燼可以幫助更容易燃燒。

方糖是白糖粉末壓成正方體的形狀,是一種蔗糖 (C12H22O11),這糖加熱燃燒的反應式如下:

C12H22O11 + 熱 → 12 CO2 + 11 H2O

實驗影片

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3D 有趣實驗:手搖發電機鎳幣鍍銅

3D 有趣實驗:手搖發電機鎳幣鍍銅
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

利用手搖發電機提供直流電的電源,讓硫酸銅溶液中的銅離子發生還原鍍於鎳幣上,銅幣上的銅金屬氧化變成銅離子溶解於溶液中。

外接電池的正極端 Cu → Cu2+ + 2e

外接電池的負極端 Cu2+ + 2e → Cu

實驗影片

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3D 有趣實驗:微型水火箭

3D 有趣實驗:微型水火箭
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

本實驗是利用食用醋和鎂帶化學反應產生氫氣,再將空氣與氫氣大約以 5 比 2 的比例裝進微型水火箭(此時氧氣與氫氣的比例大約是 1 比 2),此時微型水火箭中仍有約一半的體積是水。利用電子打火機的點火裝置改造的點火器,讓微型水火箭裡的混合氣體點火爆炸產生壓力,將水向後噴出,因此微型水火箭向前飛出,這就是水火箭的發射原理。

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實驗影片

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3D 有趣實驗:棉花加壓點火燃燒

3D 有趣實驗:棉花加壓點火燃燒
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

棉花加壓點火燃燒是利用加壓筒對空氣瞬間加壓,讓加壓桶內的空氣溫度上升,此時加壓筒內的氧氣濃度也跟著提高。當加壓筒內的溫度上升,再加上氧氣濃度提高,兩個因素幫助棉花在加壓筒內氧化燃燒。

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3D 化學實驗:威猛的粉塵爆炸

3D 化學實驗:威猛的粉塵爆炸 (Powerful Dust Explosions)
國立彰化師範大學化學系 彭郁惠、顧展兆、楊水平

前言

2015 年 6 月八仙樂園派對粉塵爆炸事故是臺灣人心中永遠的痛,因使用玉米澱粉和食用色素所製成的色粉在舞台燈的高溫下,引發粉塵爆炸導致火災事故,造成重大的傷亡。為使民眾和學生深入瞭解粉塵爆炸的原理及概念,避免悲劇再度重演,本實驗使用家用產品奶精粉、麵粉、糖粉及黑胡椒粉,以瞬間擠壓方式,均勻地分散粉末在火焰上,發生旺盛的燃燒反應,產生粉塵爆炸的效果。

3D 有趣實驗:微奈米鐵粉燃燒

3D 有趣實驗:微奈米鐵粉燃燒
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

草酸亞鐵Fe(C2O4)在試管中加熱後,因草酸根受熱分解,使得草酸亞鐵有機會少部分變成鐵粉,此時迅速蓋上塞子隔絕空氣。在加熱的過程中,如果在試管管口點火,可以觀察到管口有火焰可以燃燒,因此推斷有CO 氣體生成(如式1)。CO因為有還原性,所以再將部分FeO 還原成Fe,此時鐵粉顆粒非常細(如式2)。因迅速蓋上蓋子,所以細微的鐵粉沒有機會和空氣中的氧氣反應成氧化鐵或氧化亞鐵。

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待冷卻後,在空氣中打開試管塞,將鐵粉倒落下,就可以看到烙下的鐵粉與空中的氧氣作用,形成產生火光。原因是形成少部分微奈米鐵粉的顆粒非常細,所以在空中倒下鐵粉的過程中,微奈米級鐵粉與空氣中的氧氣劇烈反應,溫度快速上升而燃燒產生火光。

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3D 有趣實驗:自製鋁空氣電池

3D 有趣實驗:自製鋁空氣電池
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

鋁箔上的鋁金屬碰到鹽水會氧化成為鋁離子放出電子,與備長炭中的氧氣接收電子發生還原變成氫氧根離子,鋁的氧化與氧的還原形成一個氧化還原反應,應由外部電路形成電池。在此裝置中,備長炭能導電當作電池的電極的一端,鋁箔紙能導電當作電極另一端,如此可以形成一個鋁空氣電池。

Al (s) + 3H2O (l) → Al(OH)3 (s)+ H2 (g)   — (1)

4Al (s) + 6H2O (l) + 3O2 → 4Al(OH)3 (s)    — (2)

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3D 有趣實驗:鋁箔銅幣電池

3D 有趣實驗:鋁箔銅幣電池
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

利用廚房鋁箔紙,以食鹽水浸濕過的廚房紙巾,與一元硬幣,就可以組成一個微型電池,讓音樂電子鈴發出聲響。實驗原理主要是鋁箔上的鋁發生氧化,形成鋁離子,而沾濕食鹽水中紙張中的水中的氫離子,還原成氫氣,放出電子,由銅那一端接受電子。因此,鋁箔銅幣電池,鋁箔為負極釋放電子,銅幣為正極接收電子,在銅幣端有氫氣生成。化學反應方程式如下:

2Al (s) + 6H2O (l) → 2Al(OH)3 (s) + 3H2 (g)

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3D 有趣實驗:大氣壓力與水沸騰

3D 有趣實驗:大氣壓力與水沸騰
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

在平地一大氣壓下,水的沸點大約是攝氏一百度;但在高山地區,山上氣壓較小,水的沸點因此也較低,水在不到攝氏一百度就可以沸騰了!本實驗將利用抽氣罐模擬山上壓力較低的環境,讓已沸騰的水在沒有持續加熱冷卻的情況下,能夠再次沸騰。

實驗影片

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氧氮環丙烷(下)

氧氮環丙烷(下)(Oxaziridine (II))
國立臺灣師範大學化學系碩士班 洪嘉駿

連結:氧氮環丙烷(上)

除了以氧氮環丙烷作為不對稱環氧化試劑外還有其他不對稱的環氧化方法,例如夏普萊斯不對稱環氧化反應 (Sharpless epoxidation)、雅各布森環氧化反應 (Jacobsen epoxidation) 和朱莉婭-科隆納環氧化反應 (Juliá — Colonna epoxidation)。可是上述的幾種反應都存在著一個缺點,就是為了達到位置選擇性必須先反應物加上特殊相對應的官能基:夏普萊斯不對稱環氧化反應要利用對烯丙醇,雅各布森環氧化反應是利用順式—雙取代的芳基鏈烯,而朱莉婭—科隆納環氧化反應則是需要 α — β 不飽和酮,不像氧氮環丙烷可以直接針對無附帶其他特殊官能基的烯烴做不對稱環氧化反應。

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