3D 有趣實驗:手搖發電機鎳幣鍍銅

3D 有趣實驗:手搖發電機鎳幣鍍銅
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

利用手搖發電機提供直流電的電源，讓硫酸銅溶液中的銅離子發生還原鍍於鎳幣上，銅幣上的銅金屬氧化變成銅離子溶解於溶液中。

外接電池的正極端 Cu → Cu²⁺ + 2e^–

外接電池的負極端 Cu²⁺ + 2e^– → Cu

實驗影片

3D 有趣實驗:手搖發電機鎳幣鍍銅，上傳 Youtube 網站，

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. 燒杯 2 個
2. 家用稀鹽酸 20 mL
3. 五元硬幣、一元硬幣各三枚
4. 鱷魚夾電線兩條
5. 硫酸銅晶體 (CuSO₄‧5H₂O) 約 10 克
6. 手搖發電機一台
7. 攪拌棒一支
8. 實驗手套一雙
9. 竹筷一雙
10. 鐵絲兩小段
11. 鎳子一支
12. 廚房紙巾數張

實驗步驟

1. 準備一個燒杯裝少許的稀釋鹽酸，將五元、一元的硬幣浸泡鹽酸，過程中要鎳子夾起讓硬幣翻面。
   
2. 將硬幣用清水清洗數次後用廚房紙巾擦乾。
   
3. 配置硫酸銅溶液，約取兩藥品匙藍色硫酸銅晶體於燒杯內加水攪拌配置成硫酸銅溶液。
   
4. 將五元硬幣夾於手搖發電機負極，一元硬幣夾於手搖發電機正極。如果沒有手搖發電機，使用 1.5 伏特乾電池一顆亦可進行本實驗。
   
5. 透過手搖發電機提供了電流，讓硫酸銅溶液中的銅離子發生還原鍍於鎳幣上，銅幣上的銅金屬氧化變成銅離子溶解於溶液中。過程中可以將鱷魚夾所夾的鎳幣處轉個方向夾，讓銅可以均勻鍍在整個銀白色的鎳幣上。
   
6. 五元硬幣電鍍後，可以發現原本銀色的五元硬幣被鍍上了一層黃銅色的銅。
   
7. 若要將鍍上銅的五元硬幣還原，可以將五元硬幣夾於手搖發電機正極，一元硬幣硬幣夾於手搖發電機負極，與實驗步驟 3 位置相反，再透過手搖發電機提供電流，讓鎳幣上的銅溶解，回復到原來的銀色，大家亦可以選擇生活中的金屬製品來鍍銅。
   

教學提示

1. 本實驗的手搖發電機順時針轉動時，紅色是負極，黑色是正極；當手搖發電機逆時針轉動時，黑色是負極，紅色是正極；操作時請注意自己手搖發電機的正負極方向。
2. 採用手搖發電機可以控制電流大小，妥善控制手搖發電機轉速，電鍍效果會比乾電池當作直流電源好。
3. 電鍍的過程中，為了讓銅均勻的鍍在硬幣上，在電鍍中途須將鱷魚夾所夾硬幣處換個方向。
4. 鎳幣鍍銅的原理是透過手搖發電機提供了電流，讓硫酸銅溶液中的銅離子發生還原鍍於鎳幣上，銅幣上的銅金屬氧化變成銅離子溶解於溶液中，讓原本銀色的五硬幣被鍍上了一層銅。
5. 若要將鍍上銅的鎳幣還原，只要將五元硬幣夾於手搖發電機正極，一元硬幣硬幣夾於手搖發電機負極，與實驗步驟 4 位置相反，再透過手搖發電機提供直流電，讓鎳幣上的銅溶解，回復到原來的銀色

安全

1. 使用鹽酸或硫酸銅溶液時，請戴上手套小心操作。

廢棄物處理

本實驗中使用的家用稀鹽酸，應先以大量的水稀釋後，再倒置於水槽中。

參考資料

• 作者自行設計