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。

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。

實驗影片

3D 有趣實驗:微奈米鐵粉燃燒，開啟YouTube影片後，若設備允許，可以開啟最高解析度。右下角可以選擇2D或開啟3D。若開啟3D，選項有並排或紅藍等3D效果選項，請依您的設備選取適當格式。

藥品與器材

1. 草酸亞鐵
2. 試管
3. 試管塞
4. 鐵夾
5. 酒精燈
6. 打火機
7. 玻璃攪拌棒
8. 鐵盤
9. 衛生紙
10. 紙
11. 口罩

實驗步驟

1. 秤一公克的草酸亞鐵於試管中。用磁鐵測試，觀察磁鐵是否能吸住草酸亞鐵粉末。
   
2. 將裝有草酸亞鐵的試管用夾子夾著，至於酒精燈上加熱，一開始先將試管在酒精燈上來回加熱，先讓試管中的水蒸氣溢散，之後再開始加熱試管中的草酸亞鐵，加熱過程中要用攪拌棒快速的攪拌，草酸根在加熱的過程中會變成一氧化碳與二氧化碳溢散出來，試管內會有沸騰翻滾的感覺。
   
3. 當加熱到沒有沸騰的現象出現時，迅速的將塞子塞住，記住不要塞得太緊，讓試管內的二氧化碳可以跑出來，才能避免試管爆開。將試管靜置冷卻。
   
4. 加熱後的草酸亞鐵變成奈米級的鐵粉，利用磁鐵測試，磁鐵可以吸住鐵粉。
   
5. 準備一個鐵盤，鐵盤裡鋪上紙和衛生紙。
   
6. 從空中將奈米鐵粉往鐵盤倒，因為鐵粉的顆粒非常細，在倒的過程中與空氣摩擦生熱而燃燒起來。
   

教學提示

1. 草酸亞鐵加熱前無法被磁鐵吸起來。草酸亞鐵加熱後因草酸變成一氧化碳與二氧化碳，使得草酸亞鐵變成奈米鐵粉與氧化鐵，所以可以被磁鐵吸起來。
2. 草酸亞鐵加熱過程中，因為草酸變成一氧化碳與二氧化碳從試管中溢出，因此試管內會有翻滾的現象出現，若在試管口點火，可以看到管口燃燒火焰，一氧化碳被燃燒的情況。
3. 加熱後迅速蓋上試管管蓋時，要注意先不要蓋得太緊，因為此時試管還很熱，會持續有氣體冒出，但也不能等到完全冷卻蓋上蓋子，這樣空氣中的氧氣流入，會將微奈米鐵粉反應作用掉。

安全

1. 加熱過程中避免燙傷。
2. 當草酸亞鐵沸騰後會產生細微的鐵粉，記得遠離試管或是戴上口罩，以免吸入鐵粉，傷害呼吸道。
3. 微奈米鐵粉的顆粒非常細，所以在倒的過程中與空氣反應生熱而燃燒起來，所以要小心實驗附近的易燃物。

廢棄物處理

此實驗無特別須處理的廢棄物。

參考資料

• 可燃的鐵 ~蕭次融老師化學實驗演示｜YouTube。https://www.youtube.com/watch?v=PVWADJ5-BeY