3D有趣的實驗：“鋁”小人消失

3D有趣的實驗：“鋁”小人消失
國立台北教育大學自然科學教育學系 在職碩士班賴佳祺

前言

鋁是地球上存量最豐富的金屬元素，由於其質輕（密度小），常以合金的形態廣用於航空器材。此外，鋁生鏽的時候，會形成一層保護層，這種保護層能保護物質表面不受到進一步的生鏽。然而大部分金屬是只能與酸反應，而鋁及鋅屬於兩性金屬元素，不但可以和酸反應，也可以和鹼產生反應，鋁箔較容易取得，故本實驗使用鋁與氫氧化鈉溶液的化學反應。在錐形瓶內使鋁箔與氫氣化鈉溶液作用以產生氫，並點燃瓶內的氣體，以說明所產生的氣體是氫氣。

實驗影片

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藥品與器材

1. 濃氫氧化鈉水溶液.300mL (濃度2M以上)
2. 鋁箔紙數片
3. 錐形瓶一個
4. 橡皮塞一個
5. 燒杯(500mL)一個
6. 打火機一個

實驗步驟

1. 魔術時間：使用兩杯同時放入鋁箔小人的水溶液，一杯使用瓦斯燈加熱，另一杯不加熱，最後未加熱的水溶液產生沸騰冒泡的效果。此魔術是利用濃氫氧化鈉水溶液將鋁箔小人腐蝕。
   
2. 配置濃氫氧化鈉水溶液:準備300毫升的水加入30克的氫氧化鈉充分攪拌至氫氧化鈉完全溶解
   
3. 將鋁箔紙剪成數個小人片備用
4. 將氫氧化鈉水溶液倒入錐形瓶中
   
5. 將鋁箔小人放入錐形瓶內。起先似無任何反應，但約過二十秒後，即見鋁箔小球表面附著小氣泡。
   
6. 之後，反應逐漸加快，可聽到錐形瓶內發出嘶嘶的聲音並冒出氣體。
7. 靜待一分鐘收集氣體
8. 用打火機在錐形瓶瓶口點火，即可聽見「噗咻」一聲得爆鳴聲，同時見到瓶內火焰產生
    

原理和概念

1. 鋁為兩性金屬，與鹼性溶液作用可得氫氣，其反應如反應式 2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂
2. 由方程式可知鋁加氫氧化納水溶液產生氫氣，且由點燃的火焰可發現氫氣為可燃氣體
3. 用打火機在瓶口點火時，火焰由瓶口燃燒到瓶內。因為氫氣與瓶內的空氣混合，燃燒時反應劇烈，且發出「噗咻」的爆鳴聲
4. 氫在空氣中燃燒時，會發出淡淡的火焰。而氫與空氣混合的氣體點火燃燒時，反應劇烈且同時發出爆鳴聲。

教學提示

1. 配置濃氫氧化鈉水溶液時，需小心輕輕攪拌至氫氧化鈉完全溶解，勿濺出強鹼溶液
2. 用打火機點火時，燃燒劇烈且發出「噗咻」的爆鳴聲，需注意安全。
3. 使用錐形瓶收集產生的氫氣時，需適時放出瓶內氣體，小心產生氫氣過快而衝掉橡皮塞
4. 本實驗的氫氧化納水溶液可使用食用醋代替，也可以產生氫氣，只是需要較多的時間進行化學反應

安全

1. 氫氧化納為強鹼，使用上請特別小心，若不慎接觸到皮膚，請馬上使用大量清水沖洗
2. 點火時須注意安全，可用手固定錐形瓶底部，避免受到聲音及火焰驚嚇而打翻錐形瓶
3. 請勿使用過大或瓶口太小的容器收集產生的氫氣，以免點火時燃燒過於劇烈而發生危險
4. 進行本實驗時需要有教師在旁指導，請勿自行實驗

廢棄物處理

實驗後剩餘氫氧化鈉水溶液需倒入鹼性廢液回收桶，不可用水稀釋沖掉而汙染環境

參考資料

1. 臺灣網路科教館。生活科學廳-鋁金屬的兩性。2015年6月7日，
   取自http://live.ntsec.edu.tw/LiveSupply-Content.aspx?cat=6838&a=6829&fld=&key=&isd=1&icop=10&p=1&lsid=8329。
2. 教育部數位教學資源。檢驗氫氣簡易法-實驗步驟。2015年6月7日，
   取自http://content.edu.tw/junior/phy_chem/pd_kc/f5/game2/sou2.htm