3D有趣實驗：有氧運動－氧化還原反應

3D有趣實驗：有氧運動－氧化還原反應
國立臺北教育大學自然科學教育系 教學碩士班周勇

前言

本實驗是一個關於氧化還原反應和催化作用的例子。常溫下的雙氧水（H₂O₂）不容易分解產生氧氣，但若以碘化鉀（KI）加入雙氧水中，則會先作用產生碘分子（I₂）， 碘離子(I^– )再和碘分子(I₂)生成碘三根離子（I₃^–），而 I₃^– 和二氧化錳一樣對雙氧水的分解具有催化作用，於是產生了氧氣，而碘化鉀被氧化產生碘。

在實驗中加入了沙拉脫只是為了製造泡泡，而噴上麵粉是為了檢驗碘的存在，最後則利用線香來檢驗是否有氧氣的產生。

此外，在生活中碘化鉀不易取得，因此本實驗嘗試以金針菇取代碘化鉀，發現具有相同的效果，其主要原因是：金針菇含有過氧化氫的分解酶(Enzyme of Decomposition)所致。

實驗影片

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藥品與器材

1. 市售雙氧水(3%)適量。
2. 碘化鉀粉末一平匙。
3. 市售沙拉脫適量。
4. 市售金針菇40 g。
5. 市售低筋麵粉適量。
6. 線香一支。
7. 打火機一個。
8. 25 mL試管二支。
9. 200 mL錐形瓶一個。
10. 100 mL燒杯三個
11. 剪刀一支。
12. 小刮勺一支。
13. 金屬盤一個。

實驗步驟

1. 在試管中倒入15 mL的市售雙氧水
   
2. 在試管中加入適量的沙拉脫
   
3. 以小刮勺再加入1平匙的碘化鉀粉末
   
4. 觀察溶液的顏色變化
   
5. 待黃色泡沫浮上來後，在泡沫上灑上麵粉
   
6. 利用點燃的線香，證明有氣體產生。
   
7. 線香劇烈燃燒，表示產生氧氣。
   
8. 在錐形瓶中加入40 g的金針菇
   
9. 再倒入80 mL的雙氧水
   
10. 利用線香證明所產生的氣體為氧氣
    

原理和概念

1. 本實驗是利用過氧化氫的分解–自身氧化還原反應，其反應式如下:
   還原反應：H₂O_2(aq) + 2 H⁺_(aq) + 2e^– → 2H₂O_(l)
   氧化反應：H₂O_2(aq) → O_2(g) + 2H⁺_(aq) + 2 e^–
   總反應： 2H₂O_2(aq) → O_2(g) + 2H₂O_(l)
2. 常溫下的過氧化氫分解速率並不快，但若加入少許的碘化鉀粉末則會立即產生大量的氣泡，碘化鉀在此反應中具有催化的作用。
3. 同樣的金針菇也拌演相同的角色，因為金針菇含有過氧化氫的分解酶(Enzyme of Decomposition)。

教學提示

1. 沙拉脫在本實驗並未參加反應，只是使過氧化氫分解所產生的氧氣成為氣泡易於觀察而已。
2. 實驗用的過氧化氫溶液含 H₂O₂約 30%，觸及皮膚易受傷害，必須非常小心使用，萬一發生意外，須立即以水沖洗，故本實驗建議以市售3%雙氧水溶液取代，實驗效果相同。

安全

1. 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及使用可丟棄的手套。
2. 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

實驗後剩餘廢棄物需倒入廢棄物處理桶，廢液須確實倒入廢液回收桶中，以免汙染環境。

參考資料

1. 楊水平、李成康、陳義芳(2011)。泡沫傳情—雙氧水的催化分解。中學化學示範實驗。彰化縣：國立彰化師範大學化學系。
   取自http://blog.ncue.edu.tw/yangsp/doc/29394
2. 阿條老師的easy理化教室(2015)。
   取自http://www.tkgsh.tn.edu.tw/%E6%95%99%E5%AD%B8%E8%B3%87%E6%BA%90/%E7%90%86%E5%8C%96%E7%A7%91/index.html
3. 國立臺灣科學教育館(2015)。誰是製氧小高手。第54屆全國科展國小組化學化學科第一名作品。
   取自http://activity.ntsec.gov.tw/activity/race-1/54/pdf/080211.pdf