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單一容器內的酸鹼反應

文／余甄紘 蕭次融　大學入學考試中心
化學是物質科學， 也是實驗科學， 因其與生活息息相關， 理應會受學生 喜愛， 但是事實卻相反， 這種情況國 內外都一樣。以鄰國的日本為例， 日 本學生不喜歡化學的原因是怕3 K ： k i k e n （ 危險） 、k i t a n a i （ 骯髒） 、 k i t s u i （ 辛苦） ， 而我國的學生除了上 述三項原因之外， 還加上誤認為學習 化學必須記憶很多東西， 才足以應付 考試。有學生表示在國中三年沒動手 做過化學實驗。這是因為現今的升學 制度加給學生與學校的壓力， 迫使有 些學校不得不犧牲實驗教學， 導致學 生學習科學的興趣低落。任何學習都 需要動機， 有趣的教學內容與方法， 可激勵學生的學習意願。為了提高學 生學習化學的興趣， 有趣的教學內容 與方法， 可激勵學生的學習意願。為 了提高學生學習化學的興趣， 筆者之 一（ 蕭） 從事化學教育多年， 深感簡 單而有趣的科學實驗在科學教育上的 重要性， 因此先是模仿已有的趣味科 學實驗， 從而加以改良， 進而亦自行 開發多項科學實驗， 將成果運用於教 學上，頗獲好評。 本篇介紹在單一容器內的化學反 應， 由教師動手操作實驗。在同一容 器內每次添加試劑， 均會有明顯的變 化， 足以引起學生的驚訝與興趣， 因 此教師可以藉此與學生討論或讓學生 互相討論， 如此可以讓學生易於了解 化學變化中的許多原理， 了解化學變 化的現象，也有助於記憶。 本篇分成： 一、教師演示； 二、學 生學習； 三、教師手冊； 四、參考答 案； 五、補充說明。其中學生學習部 分可以抽印為講義給學生， 當做學習 單使用。
一、教師演示
( 一) 教師在學生面前取出四個透明的 杯子， 然後在其中的兩個杯子倒 入清水八分滿（ 約1 5 0 m L ） ， 一 為A1，另一為B1。
( 二) 在A 1滴入3 M 的H C l 4 滴後， 分成兩 杯，A1與A2。
(三)類似方式，在B1滴入3 M 的N a O H 4 滴後，分成兩杯，B1與B2。
( 四) 在A 1與B1，分別滴入溴瑞香草酚藍 （ B T B ） 指示劑各4 滴。搖一搖杯 子， A 1黃色， B 1藍色。教師舉起 杯子， 告訴學生這是溴瑞香草酚 藍在酸性溶液與鹼性溶液中的顏 色。
(五)類似步驟四，在A2與B2，分別滴入 酚酞（PP）指示劑各4滴。搖一搖 杯子， A 2無色， B 2粉紅色。同樣 告訴學生酚酞在中性或酸性溶液 與鹼性溶液中的顏色。
( 六) 將四個杯子並排在桌上， 如照片 一。
A1 A2　 B1 B2  

照片一 指示劑的顯色
A1：BTB 在酸性，黃色 B1：BTB 在鹼性，藍色
A2：PP 在酸性，無色 B2：PP 在鹼性，粉紅色
圖一 電動攪拌器
圖一 電動攪拌器
二、學生學習
( 一) 教師先準備好電動攪拌器， 在 250mL的燒杯中倒入清水150mL， 並使磁棒轉動，如圖一。 ( 二) 準備妥當後， 教師要告訴學生： 「今天的演示實驗要在同一容器 內， 陸續加入試劑， 大家要注意 看燒杯內含有什麼變化？」 ( 三) 在教師的每一動作（ 滴入試劑） 之前， 均要先問學生， 加了這試 劑後會見到什麼現象（變化）。 問1 ： 加了酚酞4 滴， 溶液會有什麼變 化？ 為什麼？ 學生回答後就在轉動著 的溶液中滴入4滴酚酞。
 

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。
答1 ： 問2：加了一滴氫氧化鈉，溶液會有什 麼變化？為什麼？
答2： 問3 ： 在粉紅色的溶液中， 加鹽酸2 滴，結果如何？為什麼要加2滴？
答3： 問4：在無色透明的溶液中，再加氫氧 化鈉2滴，結果如何？為什麼？
答4： 問5 ： 在粉紅色的溶液中， 再加鹽酸2 滴，結果如何？
答5： 問6：在無色的溶液中，加溴瑞香草酚 藍4滴，結果如何？
答6： 問7 ： 在黃色的溶液中， 加2 滴氫氧化 鈉，結果如何？為什麼不是粉紅色？
答7： 問8 ： 在紫藍色的溶液中， 加入鹽酸2 滴，結果如何？ 答8： 問9：在這個活動中，學了些什麼？還 有什麼疑問嗎？ 這個活動可以在試管 做嗎？ 答9：

三、教師手冊
表一 指示劑的顯色 照片二 試劑裝於5 mL的滴瓶
表一 指示劑的顯色 照片二 試劑裝於5 mL的滴瓶
( 一) 本活動使用的試劑如下：
H C l 3M　5 mL NaOH　3M　5 mL BTB 0 . 4 % 5 m L PP 0 . 4 % 5 m L (註： 1.各種試劑均裝於5mL的滴瓶，如照片二。)
2 . B T B 是B r o m o t h y m o l blue，國立編譯館的譯 名為溴瑞香草酚藍。
3 . P P 是P h e n o l p h t h a l e i n ， 中文名稱為酚酞。
( 三) 本活動所用的「清水」係指自來 水，其他的試劑量如下： H C l 4 + ( 2 + 2 + 2 ) = 1 0 滴 N a O H 4 + ( 1 + 2 + 2 ) = 9 滴 B T B 4 + ( 4 ) = 8 滴 PP 4 + ( 4 ) = 8 滴 上列試劑量， 例如H C l ， 最前的4 是 「一、教師演示」時的用量， （ ） 內 的滴數為「二、學生學習」的用量， 而每一滴的試劑所含的化合物，以3MN a O H 為例， 只有6 . 0 ╳ 1 0 - 3 克， 其計 算方式如下：

 
每滴只有6毫克，不僅用量很少，而 且在本活動， 是酸鹼中和反應， 因此 幾乎沒有廢液處理的問題， 不污染環 境， 合乎小而美、少而省的綠色化學 永續發展的環保理念。 ( 四) 本實驗在單一容器內逐步添加試 劑的連續反應， 因此也可以稱為 一條龍反應。 ( 五) 本活動可以改在試管或透明杯子 內做， 讓學生親自操作， 因反應 快， 且用量少而沒有安全性的顧 慮， 因此可以在一般的教室內施行。
( 六) 本實驗所用的酸鹼總量， 鹼略多 於酸， 導致最後的廢液呈現指 示劑在鹼性溶液的顏色（ 粉紅+ 藍= 紫藍） ， 因此廢液要倒掉之 前， 將其分成數杯， 分給學生並 給可彎吸管， 讓學生吹氣， 由溶 液的顏色改變， 可驗證呼吸時所 呼出來的氣體為酸性（ 含有二氧 化碳） ， 可以中和鹼液， 相當有 趣。
 
四、參考答案
答1：無變化，因為清水是中性的。在中性溶液中酚酞無色。答2：溶液由無色變為粉紅色，如照片 三，因為酚酞在鹼性溶液中呈現粉紅色。 答3：溶液由粉紅色變回無色，加兩滴 的用意在於其中的1 滴中和了先 前滴入的那一滴氫氧化鈉，剩下 來的1 滴鹽酸， 可使溶液變為酸 性，粉紅色的酚酞在酸性溶液中 就變成無色。 答4：溶液又變回粉紅色。加了氫氧化 鈉溶液又變為鹼性，酚酞呈現粉 紅色。 答5：溶液又變為無色，因為加了鹽酸 後，溶液變為酸性。 答6：溶液變為黃色，因為溴瑞香草酚 藍在酸性溶液中呈現黃色，如照 片四。 答7：溶液變為紫藍色，因為溶液中有 兩種指示劑，酚酞與溴瑞香草酚 藍。在鹼性溶液中，前者呈粉紅色，後者呈藍色，因此溶液呈現 粉紅與藍的混合色， 亦即紫藍 色，如照片五。 答8：黃色，因為溶液又變為酸性，雖 然溶液中有兩種酸鹼指示劑，但 在酸性溶液中酚酞為無色，只有 溴瑞香草酚藍呈現黃色。 答9 ： 學了( 1 ) 酸鹼指示劑的顏色， ( 2 ) 酸與鹼的反應； ( 3 ) 試劑用量很 少就可以有明顯的化學反應，合 乎環保概念； ( 4 ) 這個活動當然 可以在試管做，每加一滴試劑就 搖一搖試管，也可以看見明顯的 顏色變化。
五、補充說明
1 . 溴瑞香草酚藍（ B T B ） 的變色範圍 為p H = 6 . 2 ~ 7 . 6 範圍相當窄， 因此不 易見到中性的顏色， 不過在本活動 中， 在酸性的黃色溶液中， 慢慢滴 入氫氧化鈉時， 會顯現綠色， 如照 片六。 2 . 在含有酚酞與B T B 的酸性溶液（ 黃 色） 中， 滴入氫氧化鈉時， 會顯現 酚酞的粉紅色與B T B 藍色的混合顏 色（ 紫色） 出現在黃色背景中， 如 照片七。