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1、目的利用簡易安全的方法製備兩種氣體，並將這兩種氣體同時打入裝滿水之塑膠瓶中，當此兩種氣體在水中相遇時便會產生火花燃燒起來，猶如在水中施放煙火，稱之為火泉。原理當碳化鈣 （電石） 和水作用所產生之可燃性乙炔氣體，與由稀鹽酸和漂白水（次氯酸鈉）作用所產生之氯氣，在水中相遇時瞬間放出高熱量而燃燒起來，同時會有碳之微粒伴隨產生而漂浮於水面，其反應式為：C2H2( g )+ Cl2( g )2 C( s )+ 2 H Cl( a q )( 乙炔) ( 氯氣) （碳）器材與藥品透明保特瓶( PE, 1250 m L) 1支注射針 2支塑膠注射筒( 35 m L) 2支塑膠雙通活栓 2個單孔橡皮塞 （1號）
2、 1個塑膠蓋子 （直徑 15 c m ） 1個碳化鈣( Ca C2) 1粒 （約0. 25克）漂白水 （Na O Cl ） 10 m L鹽酸( 1 M ) 10 m L化學奇觀 - 水中火泉方金祥國立高雄師範大學 化學系實驗步驟1.火泉裝置之設計與組合( 1) 將一個直徑 15 c m的塑膠蓋中央挖一個直徑約 2. 5 c m的孔。( 2) 在一個 1250 m L 的透明保特瓶之底部中央處挖一個直徑約 0. 7 c m的孔，並用一個 1 號單孔橡皮塞塞住此孔。( 3) 在透明保特瓶之上方左右兩側各鑽一小孔，並各插入一支注射針頭（針頭磨平），並用熱熔膠固定與使其能密閉之。( 4) 各用一小段橡
3、皮管套在注射針頭的塑膠部位，而在橡皮管的另一端接上一個塑膠雙通活栓。( 5) 在塑膠雙通活栓上各接一支塑膠注射筒備用，便組成一套能演示水中火泉的裝置，如圖 1 及( 封底圖( A ) ) 所示。圖 1. 火泉裝置 64 2. 實驗演示( 1) 乙炔氣體之製備( a ) 將塑膠注射筒之活塞拔出，在塑膠注射筒中放入一小粒碳化鈣，然後再將活塞塞入塑膠注射筒中，並將其推到塑膠注射筒的底部。( b ) 將此注射筒插入一個裝約 30 m L 水之小塑膠杯中，然後緩慢地抽取塑膠杯中之水，此一裝置為簡易微型氣體製備裝置，如圖 2及( 封底圖( B ) ) 所示。( c ) 當水與碳化鈣作用便會即刻產生乙炔氣體
4、，而自動地將塑膠注射筒中之水排出，直至塑膠注射筒中收集滿乙炔氣體為止，然後迅速地將裝滿乙炔氣體的塑膠注射筒插在 火泉裝置 其中之一個雙通塑膠活栓上備用。其反應式為：C a C2( s )+ 2H2O( l )C a ( O H )2( a q )+ C2H2( g )( 碳化鈣) ( 乙炔)圖 2. 簡易微型氣體製備裝置( 2) 氯氣之製備( a ) 利用塑膠注射筒先抽取 10 m L 1 M 的稀鹽酸。( b ) 將裝有稀鹽酸的塑膠注射筒插入漂白水中，繼續抽取約 5 m L 的漂白水（注意！此一步驟宜在通風櫥或通風良好處操作）。( c ) 當稀鹽酸與漂白水中之次氯酸鈉接觸便即刻產生氯氣，以自
5、動排水集氣法收集在塑膠注射筒中，直至塑膠注射筒中收集滿氯氣為止，然後迅速地將裝滿氯氣的塑膠注射筒插在火泉裝置其中之另一個雙通塑膠活栓上備用。其反應式為：2H C l( a q )+ Na O C l( a q )Na C l( a q )+ 2H2O( l )+ C l2( g )( 漂白水) ( 氯氣)( 3) 水中火泉之演示( a ) 先將 2個塑膠雙通活栓關住，然後取出塞在保特瓶底部的單孔橡皮塞，並從此孔加入自來水於保特瓶中至九分滿為止。( b ) 分別將製備並收集滿乙炔和氯氣之塑膠注射筒，接在塑膠雙通活栓上。( c ) 將 2個塑膠雙通活栓打開，然後用雙手分別將注射筒中的乙炔和氯氣同時
6、緩慢地擠壓，使此兩種氣體分別經由注射針頭以氣泡方式進入裝有水之保特瓶中，並在水中相碰之同時即刻產生火團，猶如在水中施放煙火似的，同時會有碳之微粒伴隨產生而漂浮於水面，稱之為火泉，如封底圖( D )所示。注意事項1. 由於氯氣有毒，因此在製備氯氣時以採用化學奇觀 -水中火泉 65 微型氣體製備裝置（直接在塑膠注射筒中製備與收集），並預先在通風櫥或在通風良好處所完成氯氣製備與收集為宜。2. 因為乙炔為易燃氣體，因此也不必製備出太多的乙炔，也同樣以採用微型氣體製備裝置（直接在塑膠注射筒中製備與收集），並遠離火苗以維安全。3. 演示火泉時裝水之保特瓶以 600 m L 或 1250mL 容量且透明之
7、PE 材質，並裝水至約九分滿為宜，且擠壓氯氣之速度必須稍稍比乙炔慢一些，以確保氯氣需與同時被壓出之乙炔能充分在水中相遇完全作用。4. 若氯氣擠壓得太快，會使得氯氣過量容易逸出水面而造成氯氣外洩，可在保特瓶上方的單孔橡皮塞接一條透明塑膠軟管或橡皮管，並使其末端浸入裝有( 3M ) 氫氧化鈉溶液之塑膠杯中，如此便可將可能逸出之氯氣加以溶解吸收之。其反應式為：C l2( g )+ 2Na O H( a q ) Na O C l( a q )+ Na C l( a q )+ H2O( l )火泉裝置之特點1. 取材與組合容易。2. 採用微型氣體製備裝置（直接在塑膠注射筒中製備與收集） ，耗用藥品少，製
8、備出所需的用量，污染低又安全。3. 可預先將乙炔及氯氣製備與收集在塑膠注射筒中備用。4. 可將火泉裝置攜至實驗室、教室或戶外等任何場所演示此一實驗。5. 演示時會在水中出現火團，效果極佳、神奇有趣，為一極為安全有趣的化學演示。結論水中火泉之演示，看似神奇，實覺有趣，真是有點不可思議似的。其實形成火泉的原理很簡單，是因可燃性的乙炔氣體在水中與溶於水中之氯氣相碰時，會瞬間放出熱量而燃燒即刻產生火團，猶如在水中施放煙火似的，同時也會有碳之微粒伴隨產生而漂浮於水面，故將其稱之為火泉。其反應式可由下列表示之：Cl2( g )+ H2O( l )H Cl( a q ) + 2H O Cl( a q ).
9、. . . . . . . . . . . . .( 1)H O Cl( a q )+ C2H2( g )2C( s )+ H C l( a q )+ H2O( l ). . . . . . . . .( 2)( 1) + ( 2) 得 :C2H2( g )+ C l2( g )2C( s )+ 2H C l( a q )( 乙炔) ( 氯氣) （碳）本實驗中設計的火泉裝置更能方便於教師在演示前之準備、演示中之操作與演示完畢後之整理，尤其在本實驗中欲製備與收集可燃性的乙炔與有毒的氯氣，必須更加注意其安全性，而經本實驗設計以採用簡易的微型氣體製備方法，直接在塑膠注射筒中來製備與收集，可以用極少藥品控制製備出演示時所需的氣體用量，而不致產生過量的氣體逸出至空氣中造成污染。參考資料1. 方金祥 （民 8 9） 微型化學實驗之設計與製作。高雄市，高雄復文圖書出版社（初版二刷）， 1-300頁。2. B r u c e M . M a t t s o n ( 2001) h t t p : / / ma t t s o n .c r e i g h t o n . e d u .科學教育月刊 第2 41期 中華民國九十年七月 66
