國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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酸鹼龍捲風

酸鹼中和的趣味化學實驗

器材電磁加熱攪拌器、磁石(攪拌子)、大燒杯、滴管、醋酸、氫氧化鈉、酚酞

※操作過程與現象

首先請觀看圖一到圖四的變化:圖一是容量1公升的大燒杯放在電磁加熱攪拌器上,大燒杯中裝有約0.8公升的水溶液,並放入磁石(攪拌子)進行攪拌。

小燒杯裝有另一種透明水溶液,以滴管取此溶液,每次滴入約3滴到大燒杯的中央。結果大燒杯中央馬上形成粉紅色的龍捲風(圖二),一直旋轉並逐漸接觸到杯子底部(圖三),然後龍捲風從頭部逐漸消去,最後龍捲風不見了(圖四)。再次滴入小燒杯的水溶液,又形成粉紅色龍捲風,又再慢慢消失,可以反覆玩20次以上喔!(最後整杯大燒杯變為粉紅色)

 

觀賞實驗結果(24.6M)

製作方法

一、大燒杯的水溶液:約0.8公升的0.01 M醋酸+約5毫升的酚酞指示劑

(1) 0.01 M醋酸的配製:秤取0.5克冰醋酸(100%醋酸),加入0.8公升(800毫升)的水中,再攪拌均勻

(2)酚酞指示劑的配製:如果買來的已經是配製好的酚酞指示劑,直接使用即可,不必調配。如果取得的酚酞是粉狀固體,則秤取約0.05克再加入約10毫升酒精攪拌溶解即可。

二、小燒杯的水溶液:約50毫升的0.1 M氫氧化鈉

秤取0.5克的氫氧化鈉(NaOH),加入50毫升的水,攪拌溶解即可。注意:NaOH固體為強鹼,請注意不要讓學童碰觸,建議由老師調配之後,才讓學生使用。

※原理

酚酞(Phenolphthalein)是一種酸鹼指示劑,在pH<8.2(弱鹼、中性、酸性)溶液為無色;在pH>10(強鹼)溶液為粉紅色。因此一開始酚酞在大燒杯的醋酸水溶液是無色,當小燒杯的鹼性NaOH滴入大燒杯中,會形成粉紅色。隨著酸鹼中和反應的進行,顏色就會逐漸消失。

反覆滴入小燒杯的NaOH溶液多次,大燒杯的酸性逐漸降低,最後NaOH的當量值超過醋酸,pH值上升,整杯大燒杯溶液成為鹼性,就會變成粉紅色了。

※叮嚀的話

1.實驗後的溶液加入酸性或鹼性溶液中和為中性後,再用大量的水沖掉。

2.實驗時電磁加熱攪拌器不用打開加熱,只需要調整攪拌的轉速,而且轉速儘量調低,只要能使水溶液形成柱狀漩渦即可。因為轉速越快,水溶液分子碰撞越激烈,造成酸鹼中和加快,較難形成直通杯底的龍捲風,龍捲風也會消失得比較快。

3.大燒杯的醋酸雖然可以用稀鹽酸取代,但是鹽酸為強酸,建議使用侵蝕性低的醋酸即可。如果教師要以濃鹽酸調配,方法如下:市售濃鹽酸的濃度大多是32%(10.17M),以安全吸管吸取濃鹽酸0.8毫升,緩慢加入0.8公升(800毫升)的水中,再攪拌均勻

4.每次滴入鹼性溶液(小燒杯水溶液)的量,只要能形成龍捲風即可,不要滴太多。如果一次滴太多,則大燒杯的醋酸被中和太多,無法反覆變化20次以上。

5.在教學上,建議可以指導學生討論與實驗:(1)比賽哪一組反覆形成、消失龍捲風的次數最多?(國中以上學生,可以在實驗前先討論操作要領與原理,並計算理論上超過多少體積就達到中和);或是比賽龍捲風持續的時間最久(由龍捲風接觸杯底開始到完全消失)(2)更換不同的指示劑(例如甲基紅、廣用指示劑),可以設計出不同顏色的龍捲風嗎?大小燒杯的酸鹼角色,需不需要對調? (3)仔細觀察接近滴定終點的時候,形成的龍捲風有什麼差別(粉紅色區域的分佈情形)?為什麼?(4)滴入鹼性溶液時,為什麼會聚集成龍捲風而不會散開?攪拌的轉速又如何影響龍捲風的形狀呢?

※參考資料

1.化學示範實驗:http://case.ntu.edu.tw/hs/wordpress/?p=19869

2. You tube影片:http://www.youtube.com/watch?v=Lyzgh441nTk