登入
首頁
網站導覽
科展群傑廳
全國中小學科展
臺灣國際科展
科展回顧
科展學習區
生活科學廳
生活科學問與答
國外參考網站
科學研習月刊
生活科學補給站
教學資源廳
影音資源
優質教案
國外參考網站
趣味動畫學習區
i-show直播
分類查詢
全文檢索
科展群傑廳
科展資料
生活科學廳
問與答及補給站
教學資源廳
影音資源
作品名稱
作品摘要
指導老師
全文
資源名稱
全文
資源名稱
全文
名稱
講者
全文
首頁
生活科學廳
生活科學補給站
化學
分類查詢
全文檢索
科展群傑廳
科展資料
生活科學廳
問與答及補給站
教學資源廳
影音資源
作品名稱
作品摘要
指導老師
全文
資源名稱
全文
資源名稱
全文
名稱
講者
全文
生活科學補給站
化學
生物
健康教育
地球科學
數學
生活科技
物理
專題導言
STEAM
碘的昇華與凝華
瀏覽人次 21603
加入最愛
資料來源
科學研習月刊49-3
文/余甄紘 蕭次融 大學入學考試中心
目的
觀察封閉試管(安瓶)內碘的昇華與凝華現象。
材料
含有碘的安瓶 1個
透明杯(200 mL) 2個
熱水壺 1個
說明
物質的狀態隨溫壓而變,常見的狀態有三:固態、液態、氣態。以最常見的水為例,在常溫常壓時,水為液 態;降溫則可變為固態的冰(0。C);溫 度越高,水越容易變成氣態的水。物 質三態的關係可用圖一來表示: 在室溫(例如2 5 。C),若在一個透明 的玻璃罐裡,放入一塊冰後蓋緊罐 蓋,這時所看到的是一塊固態的冰。 隨著時間,冰塊會慢慢熔化(或熔 解),就可以看到冰塊與液態的水同 時存在。等到冰塊完全熔解,這時所 看到的H 2 O是液態的水,看不到固態 的冰,但是確實有看不見的氣態水同 時存在。在室溫,水的蒸氣壓約為2 5 毫米汞柱,亦即水蒸氣的分壓,但是 肉眼看不到。燒開水時所看到的白煙 是看不見的氣態水凝結下來的微小水 滴。因此本實驗很特別,不僅可以看 到固態的碘昇華變成氣態的碘(紅紫 色),而且也可以看到氣體的碘凝華 變成固態的碘,亦即可以看到昇華與 凝華現象。
圖一 物質的三態關係圖
操作步驟
1 .取一個透明杯,倒入約1 5 0 mL的熱水(溫度愈高愈好)後,放入含有 碘的封閉試管(簡稱安瓶),不久 即見安瓶底部顯現紫紅色的氣體, 如圖二,照片一。 2 .取另一個透明杯,倒入約1 5 0 mL的 冷水(溫度愈冷愈好)後,取出熱 水杯裡的安瓶,將其倒過來放入冷 水杯內,不久即見安瓶內無色透明 的紫紅色氣體逐漸消失,而浸在冷 水內安瓶的管壁上出現小小的暗紫 色晶體,如圖三。 3 .取出冷水杯內的安瓶後,再次放入 熱水杯內,又見紅紫色氣體,然後 取出安瓶,倒放於冷水杯,安瓶又 呈無色透明,而浸入冷水的那一端 試管壁又會有暗紫色晶體出現。 4 .重複步驟3數次,觀察碘的昇華與凝華。
圖二 碘固體的昇華
照片一 安瓶置於熱水中
圖三 碘氣體的凝華
想一想
1 .暗紫色晶體如何變成紅紫色的氣體?這個過程叫做什麼?
2 .紅紫色氣體如何變回暗紫色的晶體?這個過程叫做什麼?
3 .有哪些物質,在室溫就可以由固態不經液態,直接變成氣態的?
教師手冊封閉試管的製作
1 .取一支試管,用火焰先均勻加熱離 試管口約3公分的地方,如圖四, 然後改為強火焰繼續加熱,俟玻璃 軟化後移出火焰,拉成細頸,如圖 五。2 .從試管口的細頸,放入一些小顆粒 的碘晶體(約10毫克)。 3 .先用酒精燈均勻加熱整體試管後, 固定位置繼續加熱試管底的碘晶 體。 4 .觀察碘晶體氣化後,趕走試管內空 氣的情形。 5 .俟試管內充滿碘氣體後,同時用強 火焰加熱試管細頸部分,如圖六, 以封閉試管口,即得含有碘的安 瓶。 註:碘蒸氣的顏色明顯,而碘氣體又重, 其往管口進行的前線(f r o n t)易見。因此 前線一到細頸,就立即封口,可以控制碘 蒸氣,防止其跑出來。不過,最好還是要 在通風櫃中操作,以防萬一漏氣遭害。
照片二 市售的安瓶與封了口的安瓶
圖四 先均勻加熱
圖五 強熱後拉成細管
6 .封閉的試管(亦即安瓶)要讓其慢 慢冷卻,冷後安瓶的管壁上會有碘 凝結出來,而管內成為相當低的真空,有利於碘晶體的昇華。 註:要將試管拉成細頸,要用玻璃細工 用的瓦斯燈, 而且需要有相當的技術。 後來筆者(蕭)找到裝注射液用的安瓶 (amp o u l e或amp u l e)如照片二。照片中 有一支尚未封口的安瓶,是市售的原樣。 另一支已封口的是已重複使用過數次的安 瓶,可見安瓶的一端有碘的顆粒,另一端 則有凝華下來的細小碘固體。
圖六 試管內充滿碘氣體後封閉管口
補充說明
1 .這個實驗用到的碘只約1 0毫克,不僅量少,而且因其封閉在玻璃 試管內,不會溢出,可以重複使用,因此不消耗器材,符合微型實驗與環保的要求。 2 .關於物質由固態不經液態,直接變成氣態,最常見的例子是乾冰,亦即:
由上式的變化可見物質的本質並沒有改變,只有物質的狀態改變,顯然 這是物理變化,由固態的CO2,亦即乾 冰變成氣態的二氧化碳,這在常溫常 壓下是常見的,但是反過來由氣態的 CO2要變成固態的的CO2則不多見,不 像一小塊乾冰置於室內,不久即不見 了那麼簡單。
要二氧化碳由氣態變成 固態,通常需要特別的器具,在加壓 與冷卻之下行之,或讓加壓的二氧化 碳自鋼瓶噴進布袋,達到絕熱膨脹, 急速降溫以得之。因此本篇所介紹的 實驗:
可說是最簡便的方法,只要製好含 有碘的封閉試管,可重複使用,可讓 學生人手一個,個別動手做實驗,易 於觀察昇華與凝華的現象。
3 .物質由固態直接變成氣態稱為昇華 ( s u b l ima t i o n ),毫無疑問,但其反 過來的過程,亦即物質由氣態直接 變成固態,昔時也稱為昇華,兩 者不分。不過,近來已有教科書 將物質由氣態變成固態改稱為凝華 (depos i t ion)。 4 .在常溫常壓下,由固態會直接變成 氣態的物質,亦即會昇華的物質, 在生活中較常見的除了乾冰之外, 還有樟腦。