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大象牙膏

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實驗過程

大象牙膏英語:Elephant toothpaste)是一個化學實驗,因實驗中過氧化氫快速分解所產生大量氣泡而得名[1][2][3]。這個實驗需要的原料較少,而產生的效果卻和火山噴發一樣壯觀,故常用於課堂演示中[1][2][3]

實驗過程與現象

首先將濃過氧化氫溶液(一般為30%~35%,俗稱雙氧水)與洗碗精[4]混合,然後加入催化劑(一般用碘化鉀)來使過氧化氫快速分解。受到催化劑的催化,過氧化氫會快速分解,產生大量的氧氣。這些氧氣會極快地衝出容器,然後被洗碗精包裹住產生氣泡,並聚集成為泡沫噴涌而出。如果事先在催化劑溶液中加入一些色素,產生的泡沫就是彩色的。[1][3]

化學解釋

這個實驗證明過氧化氫(H2O2)可以被催化分解,產物是氧氣。過氧化氫在一般情況下也可以分解成水和氧氣,但是反應速度極慢,甚至於觀測不到。在加入催化劑(一般在大象牙膏實驗中為碘化鉀)後會加速反應生成大量氧氣:[1]

2H2O2 → 2H2O(l) + O2(g)

此反應中碘化鉀充當了催化劑:它的總量並沒有減少,且加速了反應的進行[1][2][3]。碘離子將反應機理改變為:

H2O2 + I H2O + IO
H2O2 + IO H2O + O2 + I

2H2O2 2H2O(l) + O2(g) ΔrH° = −196 kJ/mol

這個反應是放熱反應,所以產生的氣泡是熱的[1][2]。另外,使用二氧化錳氧化銅等也可以作為催化劑加快反應速率,但固體催化劑與液相的接觸面積可能不如液體催化劑大。

其他版本

一種可供孩子嘗試的更安全的版本是,改用危害更小且更易獲取的稀過氧化氫(3%至6%)來反應,並以釀酒酵母粉催化[2]。這樣做的話,雖然仍會有泡沫產生,但速度更緩慢,泡沫噴出的力度也更小。

若不用過氧化氫,也可以選用氯化鋁飽和溶液與含洗潔精的飽和碳酸氫鈉溶液來反應,這樣產生的泡沫為二氧化碳[5]

參見

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Elephant's Toothpaste (PDF). University of Utah Chemistry Demonstrations. University of Utah. [21 March 2014]. (原始內容 (PDF)存檔於2011年11月11日). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Elephant’s Toothpaste - Kid Version. Steve Spangler Science. [21 March 2014]. (原始內容存檔於2014-03-18). 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Catalytic Decomposition of H2O2 - Elephant's Toothpaste (PDF). NCSU Department of Chemistry Lecture Demonstrations. North Carolina State University. [21 March 2014]. (原始內容存檔 (PDF)於2016-05-28). 
  4. ^ 佚名. 大象牙膏. 中學科技. 2013, (2): 35 [2014-10-02]. (原始內容存檔於2020-06-08). 
  5. ^ 尚廣斗. 中国的“大象牙膏”实验. 中學化學教學參考. 2011, (11): 42 [2014-10-02]. (原始內容存檔於2020-06-08). 

外部連結