化學示範實驗：「粉紅幽靈」—氨在水中擴散（Diffusions of Ammonia in the Water）

化學示範實驗：「粉紅幽靈」—氨在水中擴散（Diffusions of Ammonia in the Water）
國立玉里高級中學化學科黃有道老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

你看過「氨鬼」嗎？在這個示範實驗就看得到。與鬼魂相比，它們既美麗又害羞，只要幾滴醋酸就能嚇走它們。這個示範實驗讓氨透過濾紙向外擴散到含酚酞指示劑的水中，水中微小的水流擾動就能帶著「粉紅幽靈」一起漂浮和旋轉。

示範實驗影片

請按此連結：「粉紅幽靈」—氨在水中的擴散，YouTube。

示範步驟

1. 取一個大燒杯，加自來水至距瓶口3-4公分，再加5 mL酚酞指示劑，攪拌後靜置3-5分鐘使水溶液靜止而不發生擾動。

2. 在小燒杯中置入一些鉛粒（或小卵石、硬幣），並加入20-25 mL稀氨水（約3 M）。

3. 以圓形濾紙覆蓋小燒杯的杯口，並用橡皮圈綁緊，剪去周圍多餘的濾紙。

4. 以滴管吸取步驟2的稀醋酸均勻地濕潤濾紙，特別是周邊橡皮圈綁住的裙襬部分，如圖一所示。注意：均勻濕潤即可，不要用過多的醋酸濕潤。再將小燒杯放入大燒杯底部的中央，放入時儘量不要讓大燒杯中的水溶液擾動。

圖一  以滴管用稀醋酸均勻地濕潤濾紙

5. 等待並觀察有無「粉紅幽靈」出現。觀察濾紙表面以及氨水擴散到大燒杯內的水溶液，如圖二和圖三所示。

圖二  一陣子後濾紙上出現「粉紅幽靈」

圖三  時間越長，出現「粉紅幽靈」越多

6. 以2-3滴稀醋酸滴到水溶液，嚇走「粉紅幽靈」。

7. 重複步驟5-6。

藥品與器材

1. 清潔用氨水（約3 M），或實驗用濃氨水1:1稀釋（約7.5 M） 20-25 mL
2. 酚酞指示劑（在一個PE瓶中，加1.0克的酚酞在50 mL的藥用酒精中，蓋緊瓶蓋並搖晃，促使溶解，再加50 mL的水，蓋緊瓶蓋並搖晃之） 10-12 mL
3. 冰醋酸（用水稀釋冰醋酸10倍）或食用醋（用水稀釋食用醋2倍） 少許
4. 自來水  2公升
5. 大燒杯（1公升）或透明寶特瓶（2公升） 1個
6. 剪刀  一支
7. 小燒杯（50或100 mL） 一個
8. 圓形濾紙  一張
9. 橡皮圈  一條
10. 鉛粒（或小卵石、硬幣） 80-100 克
11. 玻璃棒  一支
12. 塑膠滴管  兩支

原理和概念

● 氨極易溶於水，常溫常壓下，1體積的水可溶解700倍體積的氨氣。氨的水溶液呈鹼性，稱為氨水或氫氧化銨溶液，其反應如下所示：

NH₃(aq) + H₂O(l) → NH₄⁺(aq) + OH^–(aq)

氨水的性質與氨氣完全不一樣。一般在實驗室裡的稀氨水濃度為1 M至2 M。氨的飽和水溶液（約18 M），密度為0.880 g/cm³，氨的濃度越高，氨水的密度越小。

● 有些物質能隨酸鹼改變顏色，此類物質稱為酸鹼指示劑。本實驗使用的指示劑為酚酞指示劑，其顏色變化的結構式如下所示圖四：

圖四  酚酞指示劑的顏色變化之結構式
圖片來源：Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Phenolphthalein

● 酸鹼指示劑的變色反應是可逆的，下面是酚酞在酸鹼中的可逆反應：

H₂In + OH^– ⇌ 2H₂O + In^2-

依照勒沙特列原理，加鹼，平衡向右，呈現粉紅色；加酸，平衡左移，變無色。

教學提示

1. 雖然這是一個化學示範實驗，教師也可以改成有趣的化學實驗，讓學生親自動手做。

2. 教師準備時間：15分鐘；課堂時間：當作示範實驗10分鐘，當作學生實驗20分鐘。

3. 用計算法或試驗法決定鉛粒（或小卵石、硬幣）數量，以使小燒杯能“緩慢地”沉入水中。

4. 可以用2公升透明寶特瓶取代大燒杯。先剪掉瓶口，然後在瓶底內部不平坦之處用支撐物固定使底部平坦，便於放置小容器不會傾斜。

5. 用稀醋酸濕潤濾紙，除可避免大燒杯內的溶液滲入小燒杯之外，也可作為延遲氨氣擴散到大燒杯之用，延遲時間好讓大燒杯內的水溶液在小燒杯放入後重新靜止而不受擾動，增減濾紙的厚度（張數）也可改變延遲的時間。

6. 如果自來水的鹼性太強而使酚酞指示劑變粉紅色，可滴入少許的稀醋酸直到粉紅色消失為止。

7. 提醒示範者：現場演示示範實驗所展現的變化現象的臨場感，以及激發互動討論的教學效果，比單純的播放影片好很多。

問題

1. 氨氣在水中如何擴散？
2. 如何知道氨的水溶液密度小於純水？
3. 為何醋酸能趕走「粉紅幽靈」？
4. 這個示範實驗與酸鹼滴定有何相同之處？

安全

● 示範這個實驗必須戴可丟棄的手套，以防傷害。
● 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

參考資料（擷取日期：2010年7月）

1. David W. Brooks, Teaching and Research Web Site, http://chemmovies.unl.edu/chemistry/beckerdemos/BD023.html.
2. Phenolphthalein, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Phenolphthalein.
3. Ammonium hydroxide, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_hydroxide.