3D 有趣實驗:微型水火箭

3D 有趣實驗:微型水火箭
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

本實驗是利用食用醋和鎂帶化學反應產生氫氣，再將空氣與氫氣大約以 5 比 2 的比例裝進微型水火箭（此時氧氣與氫氣的比例大約是 1 比 2），此時微型水火箭中仍有約一半的體積是水。利用電子打火機的點火裝置改造的點火器，讓微型水火箭裡的混合氣體點火爆炸產生壓力，將水向後噴出，因此微型水火箭向前飛出，這就是水火箭的發射原理。

實驗影片

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藥品與器材

1. 燒杯 1 個
2. 滴管 3 支
3. 電子式打火機 1 個
4. 剪刀 1 支
5. 美工刀 1 支
6. 食用醋 1 瓶
7. 絕緣膠帶 1 捲
8. 細銅電線 25 公分 2 條（可由網路線或電話線中取出）
9. 5~10 c.c. 注射筒（含針頭）2 支

實驗步驟

一、製作氫氣

1. 準備一個燒杯裝少許的醋，並剪一小段約 0.5 公分的鎂帶放進注射針筒中。
   
2. 將注射針筒抽 6 c.c. 的醋，此時鎂帶與醋化學反應後會產生氫氣；在等待的過程中，要將注射筒朝下，因為氫氣產生後會將醋往外推，而且氫氣很輕，將注射筒朝下並放於燒杯中，能避免產生的氫氣跑掉。
   

二、製作點火裝置

1. 取下電子式打火機的點火裝置，並將前端的絕緣塑膠刮除一些。
   
2. 利用兩根滴管後取下後端，製作點火裝置的保護套，以免在點火操作過程中被電到。
   
3. 將製作好的電子點火器接觸鐵製品測試，如果能產生小火花表示可以使用。
   
4. 取一段細銅線約 25 公分，取出兩條電線，將兩端的絕緣塑膠刮除。
   
5. 將其中一條電線接在點火器底端的金屬上，另一條接在打火裝置原來的電線上。
   
6. 最後用絕緣膠帶將兩條電線黏起來，尾端的兩條電線不可以互相碰觸。
   
7. 測試最後完成的點火裝置，如果能產生小火花表示成功。
   

三、製作點火裝置

1. 將滴管前端剪掉一小部分，剪掉多少要視可以將點火裝置的電線放進去為原則，洞不可以過大，以免滴管裝水後會流出。
   
2. 將滴管注整根裝滿水，以估計滴管體積。用注射針筒先注入 3.75 c.c. 的空氣，再注入 1.5 c.c. 的氫氣。注意裝入混合氣體的量，不要超過滴管水量的一半。注射時，滴管口全程朝下，以免氣體跑掉。
   
3. 將點火裝置快速地放進滴管中。
   
4. 水火箭完成，便可點火發射。亦可在水火箭上做造型。
   

教學提示

1. 本實驗是利用醋和鎂帶化學反應產生氫氣。Mg (s) ＋ 2H^＋ (aq) → Mg^2＋(aq) ＋ H₂ (aq)
2. 2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O，氫氣和氧氣比例是 2 比 1，而空氣中氧約占 21%，所以換算之後水火箭中空氣和氫氣的比例大約是 5 比 2。
3. 將固定比例的空氣、氫氣與水裝進滴管中，利用打火機的點火裝置點讓滴管裡的氫氣跟空氣爆炸產生壓力，滴管製成的水火箭因此發射出去，這就是微型水火箭的原理。
4. 打火機要選用電子式打火機，它的點火裝置是壓電材料，利用撞擊壓力產生電力。

安全

1. 測試打火機裝置時，請注意安全，避免被燙傷或電到。
2. 操作水火箭時要朝著沒有人的地方或是要避開危險物品，以免發生危險。

廢棄物處理

因為有拆除打火機，若打火機內仍有瓦斯，應將含有瓦斯打火機妥善放置，勿任意丟棄。

參考資料

• 方金祥 (2014)。創意微型實驗—微型化學水火箭。台灣化學教育，第三期。http://chemed.chemistry.org.tw/?p=2648