11/21 鐵釘自己換衣服---藉由擴散作用鍍銅在鐵釘上

簡介

在一支試管中下層裝藍色的硫酸銅結晶，上層裝白色的氯化鈉結晶，在白色氯化鈉結晶上加入水和靜置的釘子。幾天後氯化鈉結晶的那一層會變成綠色，而且在鐵釘表面上會出現金屬銅。

示範步驟

1.	在試管中置入 2-3 公分高的含水硫酸銅結晶。
2.	取一張濾紙，剪成大小與試管內徑相同的圓形，覆蓋在含水硫酸銅結晶上。
3.	再加入大概為硫酸銅結晶一~兩倍高度的鹽巴。
4.	在鹽巴上覆蓋一張的濾紙，如圖一所示。
5.	從試管的頂部加入水，直到水位高於鐵釘的頂部。再以橡皮塞塞住，如圖二所示。
6.	放進二根鐵釘於試管的水中。
7.	靜置觀察幾天，如圖三與圖四所示。

圖一 在試管內置入硫酸銅和鹽巴。	圖二 在試管內加入水和鐵釘。
圖三 靜置約 24-36 個小時。	圖四 左試管為放置 36 小時，右試管放置 0.5 小時
圖五 左圖為實驗後 36 小時的鐵釘，右圖為剛買來的鐵釘。

溶液和器材

1.	含水硫酸銅 (CuSO4‧5H2O)，少量。
2.	固態的鹽巴 (即氯化鈉)，少量。
3.	沒有生鏽的鐵釘四支。
4.	量瓶一個。
5.	蒸餾水。
6.	橡皮塞二個。

原理和概念

1.	在藍色的含水硫酸銅水溶液中，銅離子散佈在水溶液中。當銅離子擴散到鹽巴的那一層時，它們會與氯離子結合成綠色的 CuCl42-，其反應式如下： Cu2+(aq) +  4 Cl-(aq) → CuCl42-(aq)
2.	當銅離子碰觸到鐵釘時，會進行氧化還原反應，此為自發性的反應，其反應式如下： 氧化反應：Fe(s) → Fe2+(aq) + 2 e- 還原反應：Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(s) 淨反應：Cu2+(aq) + Fe(s) → Fe2+(aq) + Cu(s)

教學提示

1.	問學生所觀察的現象，要求其寫下反應式。
2.	這一個實驗可使學生知道物質反應可形成離子、金屬及元素。
3.	這是很好的實驗，可以使學生自己做實驗由觀察中思考個幾天。
4.	銅是由自然界中自然銅中取出來的。

問題和參考答案

1.	常見的銅化合物是什麼顏色？為什麼會有不一樣的顏色？
答:	CuO  黑色 CuS 黑色 Cu2O 紅色 Cu(OH)2 藍綠色 Cu(NH3)22+ 深藍色 CuSO4 白色 CuSO4‧5H2O 藍色 CuFe(CN)4 紅棕色 因各化合物的吸收光譜不同，而有不一樣的顏色。
2.	如果金屬銅形成，那釘子上發生了什麼事？
答	鐵釘上的鐵被銅離子氧化生成鐵離子溶於水中，而鐵釘上則有銅離子還原成金屬銅。
3.	銅金屬如何由含銅礦物中取出？
答:	銅金屬可由 Chalcopyrite、Bornite（斑銅礦）及 Chalcocite 等礦石中取出。

參考資料

1.	Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, p 64, Washington, D.C., American Chemical Society.

適用程度

國民小學

國民中學

ˇ高級中學

ˇ大學普通化學

安全

● 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。

● 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。 學生成果 2017/11/23