國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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神奇閃光紙

燃燒後瞬間消失無蹤的驚奇實驗

※器材濃硝酸、濃硫酸、酒精、燒杯、量筒、玻棒、溫度計、鑷子(或坩堝夾)、秤量紙、夾鏈袋

※操作過程與現象

注意:本實驗必須有教師指導,不可自行操作!

這是一個相當具有魔術效果的實驗,如圖一;將「閃光紙」以打火機點燃之後,拋到空中,結果火球即刻消失,什麼也不剩!

 

「閃光紙」的製作並不複雜,但是因為使用濃硫酸與濃硝酸,因此並不適合中小學生進行製作。建議教師製作好閃光紙,以演示的方式進行。

以下製作過程務必在實驗室的通風櫥中操作,並戴上護目鏡以及塑膠手套。

1.取一個500 毫升的燒杯,先加入125 毫升的濃硝酸,再小心緩慢地倒入100 毫升的濃硫酸,並攪拌均勻,此時溫度會急速上升,並產生嗆鼻煙霧(含有毒性的NO2氣體)。

2.當溫度下降至40℃左右時,取五張秤量紙,陸續浸入混合酸中,用玻棒將秤量紙壓入混和酸中,讓秤量紙完全浸入。約1~3分鐘即可取出。此時原本不透明的秤量紙會變成半透明狀(參見圖二)。

3. 以鑷子小心地將燒杯中的秤量紙取出,在水龍頭下輕輕地沖洗,洗掉秤量紙上的酸液。

4.將秤量紙浸入藥用酒精中,浸泡數秒即可,目的是讓秤量紙能夠更快速乾燥。

5.用電風扇或吹風機將秤量紙吹乾,秤量紙會由半透明變成不透明的白色狀。吹乾後的秤量紙即為閃光紙

6.將乾燥後的閃光紙放入夾鏈袋密封保存,並儲存於陰涼處,待實驗時使用。

依以上步驟可以製作第二批閃光紙,但是由於混合酸已經被消耗部分,溶液的濃度也下降了,因此秤量紙浸泡在混和酸的時間必須增加,建議至少增加二分鐘,並以秤量紙能變成半透明的狀態為止。一般而言,大約可以製作三批閃光紙,到最後秤量紙浸泡後會有被溶解而糊掉的現象,此時就代表無法再製作閃光紙了。

 

觀賞實驗過程(5.3M)

※原理

一般的紙張含有纖維素,燃點較高,燃燒速度也較慢。如果將纖維素反應為「硝化纖維」,硝化纖維的燃點較低(閃點12.7℃、自燃溫度170℃),是一種高度易燃的化合物。本實驗就是以濃硫酸與濃硝酸,將秤量紙的纖維素反應為硝化纖維,而具有閃光紙(flash paper)快速燃燒的性質。硝化反應如下:

 

上述反應使用的硝酸」(HNO3必須產生硝基陽離子(nitronium ion, NO2+),但是硝酸當為酸時,解離出的是NO3-陰離子,必須加入更強的酸:濃硫酸,以迫使硝酸當為鹼,才能解離出NO2+陽離子,反應如下:

        

濃硫酸除了當為催化劑,也會吸收反應副產物--水,能避免纖維素和硝化纖維溶於水而使紙張糊掉。

※叮嚀的話

1.操作場地務必準備滅火器等設備,且實驗後之硫酸及硝酸的殘留酸液,務必用碳酸氫鈉(小蘇打)中和後以大量的清水稀釋排放

2.進行燃燒閃光紙的操作時,點燃之後,燃燒接近一半的量時,就可往上方拋出,否則可能會燒到手。如果讓學生操作時,建議可以用鑷子夾住閃光紙進行,不要用手拿。

3.製作閃光紙時,愈後面製作的秤量紙,燃燒效果會較差,且燃燒後殘留的灰燼也略為明顯。

※參考資料

1. 國科會高瞻自然科學教學資源平台(化學示範實驗):http://case.ntu.edu.tw/hs/wordpress/?p=26945

2. Flash Paper,2007白沙化學驚奇秀,http://chemed.ncue.edu.tw/chemdemo/92/CHEMED/5劉佳欣6.pdf

3.陸冠輝(2012)。神奇的閃火紙。科學研習,51 (3),18-23。

4. Cellulose, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Cellulose.

5. Nitration, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Nitration.

6. Nitrocellulose, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Nitrocellulose.