3D有趣實驗：神奇煉金術

3D有趣實驗：神奇煉金術
國立臺北教育大學自然科學教育系 碩士班湯筑翔

前言

鋅粉(Zn)與氫氧化鈉(NaOH)水溶液混合後加熱反應生成鋅酸鈉(Na₂ZnO₂)，在鋅粉過量的情況下加入銅，則鋅會還原在銅上面，即氧化還原反應。本實驗利用此原理將銅幣鍍上鋅，使其外觀酷似銀幣，並將其加熱得鋅銅合金(黃銅)，使外觀呈現金色。

實驗影片

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3D偏光影像：需要有3D螢幕與搭配的3D眼鏡，能觀看此部影片的3D效果。

http://youtu.be/6beTBl7cG1M  (1920×1080 半寬)

http://youtu.be/T761VrUizjU  (1920×1080 全寬)

3D紅藍影像：一般螢幕搭配戴紅藍眼鏡，能觀看此部影片的3D效果。http://youtu.be/yfqhCeTcK2o

2D影像：一般螢幕直接觀看。http://youtu.be/0mAtZu5SmyE

藥品與器材

1. 酒精燈一個。
2. 蒸發皿一個。
3. 鐵架一座。
4. 陶瓷纖維網一張。
5. 鑷子一支。
6. 鐵夾一支。
7. 洗瓶一個。
8. 燒杯三個。
9. 火柴適量。
10. 稀鹽酸(濃度0.5M以下，僅做為清潔硬幣用) 。
11. 濃氫氧化鈉水溶液(濃度6M以上) 。
12. 鋅粉五克。
13. 一元硬幣數枚。

實驗步驟

1. 將一元硬幣放入稀鹽酸中浸泡，清洗其表面污垢。
   
2. 在蒸發皿中加入5g的鋅粉與20ml氫氧化鈉水溶液。
3. 點燃酒精燈，加熱溶液直到沸騰為止。
4. 溶液沸騰後放入一元硬幣，繼續加熱五分鐘。
   
5. 取出一元硬幣，放入裝有冷水的燒杯中，並使用洗瓶清洗硬幣表面。
6. 使用紙巾輕輕擦乾，即獲得銀幣。
   
7. 將銀幣置於酒精燈的火焰上烘烤，不久即見硬幣表面變成金色。
   
8. 將金色硬幣放置於裝有冷水的燒杯中，即獲得金幣。
   

原理和概念

鋅粉(Zn)與氫氧化鈉(NaOH)水溶液混合後加熱反應生成鋅酸鈉 Na₂ZnO₂ ：NaOH(aq) + Zn(s) → Na₂ZnO₂(aq) + H2(g)。Na₂ZnO₂ 在鋅粉過量的情況下加入銅，即組成鋅銅電池。

鋅為電池負極，電極反應：

Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e^－

銅為電池正極，電極反應：

2H⁺(aq) + 2e^－ → H₂(g)

Zn²⁺(aq)（來自鋅反應的產物） + 2e^－ → Zn(s)。

銅片就被鍍上一層銀白色的鋅，外觀酷似銀幣。將銀幣在火焰上加熱，鋅與銅彼此互相熔融，即產生鋅與銅的合金－鋅銅合金，即為黃銅，其外觀呈現金色。若將金幣繼續加熱，銅幣表面銅熔融量增加，鋅的相對比例減少，當合金比例被破壞，表面的合金就不再是黃銅，金色隨之消失，若再繼續加熱，則會因為銅氧化而產生氧化銅，呈現黑色。

教學提示

1. 為使硬幣均勻鍍上鋅，硬幣挑選較為乾淨為佳。
2. 在蒸發皿中加入氫氧化鈉水溶液時，氫氧化鈉水溶液的量需完全覆蓋鋅粉，且蒸發皿底部仍有過量鋅粉。
3. 加熱溶液時，會產生嗆鼻惡臭，故本實驗須在通風良好的場所進行。
4. 清洗及擦拭銀幣或金幣時，須小心擦拭，不可用力擦拭。
5. 加熱後的硬幣溫度極高，需置於冷水冷卻後尚可觸摸。
6. 本實驗涉及貨幣變造問題，為避免事端發生，務必確實將所製作之銀幣及金幣放於火焰上加熱至黑色，帶其冷卻後在放入稀鹽酸中清洗，回復為原始銅幣之外觀

安全

1. 進行本實驗必須戴上手套和安全眼鏡與實驗衣，並在通風良好的環境下進行。
2. 硬幣加熱後極為高溫，須放入冷水中確實冷卻後尚可觸摸。
3. 進行本實驗時需要有教師在旁指導，切勿自行實驗。

廢棄物處理

實驗後剩餘氫氧化納水溶液倒入「鹼性」廢液回收桶，稀鹽酸倒入「酸性」廢液回收桶，蒸發皿內的殘留物則需倒入「重金屬」廢液回收桶；廢液須確實倒入廢液回收桶，不可用水稀釋沖掉而污染環境。

參考資料

邱美虹、林世洲、湯偉君、周金城、張榮耀、王靖璇(2005)。科學創意實驗書。台北市：洪葉文化事業有限公司。