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2007白沙化學驚奇秀The2007NCUEWonderofChemistryShow【策劃者：楊水平】【示範者：柯威名92240016】【更多化學驚奇秀】阿拉丁神燈與大象的牙膏器材和溶液z不鏽鋼水壺（約1L）1個、縫衣線長度適中1條、衛生紙1包、500mL玻璃量筒3個、小燒杯（50mL）2個、刮勺1個。z35%過氧化氫（H2O2）1瓶、碘化鉀（KI）少許、蘇打（碳酸鈉）少許、沙拉脫1瓶、色素少許。z使用約50mL過氧化氫和2g碘化鉀的使用量效果最好，但依容器大小有所改變。在本次實驗中，過氧化氫的需求量為：1L不鏽鋼水壺用65mL，解說方面500mL量筒用20mL，大象牙膏方面500mL量筒用50mL。碘化鉀的需求量為：1L不銹鋼水壺用2.6g，解說方面500mL量筒用0.8g，大象牙膏方面500mL量筒用2g。碳酸鈉的需求量為：1L不銹鋼水壺用2.6g、解說方面500mL量筒用0.8g、大象牙膏方面500mL量筒用2g。安全須知z反應會放出大量高溫的水蒸氣應該避免燙傷。示範步驟z阿拉丁神燈1.準備一不鏽鋼水壺，加入65mL35％過氧化氫溶液於上述瓶內。2.用衛生紙包住約2g的碘化鉀和2g碳酸鈉混合粉末，用細繩綁住衛生紙。懸吊此衛生紙於水壺的壺蓋並且蓋緊扣住細繩，此衛生紙勿與過氧化氫溶液接觸。3.在表演時，稍微地打開水壺的壺蓋讓衛生紙掉入過氧化氫溶液中，隨即產生大量的煙霧，造成阿拉丁精靈從瓶中冒出的現象。4.用透明玻璃量筒代替水壺，重複上述實驗，使觀眾了解水壺內實驗的構造。z大象的牙膏11.準備2個量筒，加入50mL35％過氧化氫溶液、少量(約3~5mL)沙拉脫和不同的色素(1小匙)。2.用小燒杯混合2g碘化鉀粉末和2g碳酸鈉粉末。3.立即產生大量彩色柱狀的泡沫，此泡沫狀似大象用的牙膏。注意事項—碳酸鈉勿與過氧化氫事先混合。否則，過氧化氫的抑制劑失去效應而造成過氧化氫的提前分解，而使得實驗效果下降。—在大象的牙膏方面，以直接混合碘化鉀粉末和碳酸鈉粉效果為最佳。若用衛生紙包覆混合粉末，則示範效果下降。廢棄物處理z待期反應完後，一定要等到過氧化氫不再冒泡為止才分離衛生紙和液體。衛生紙棄置於垃圾筒內，液體可到入水槽中。因為此反應產生的產物(水和氧氣)對環境都無害，所以可以直接處理。原理和概念（簡易）z過氧化氫溶液藉由碘化鉀催化分解反應，產生氧氣和水蒸氣，以及大量的熱。z催化反應定義：某物質加入某反應後，能降低此反應的活化能，使反應加速。但是某物質本身並不會因此而增加或減少，稱此物質為催化物。加入此物質的反應稱為催化反應。原理和概念（進階）z過氧化氫溶液的催化分解反應，產生氧氣和水蒸氣，以及大量的熱。過氧化氫在常態下分解速率不快，加入碘化鉀後瓶內立即發生劇烈作用，產生大量氧氣與煙霧般水氣，顯示碘化鉀在反應中發揮了催化作用。此催化反應如下所示：2H2O2(aq)→O2(g)+2H2O(g)+heat（I-當作催化劑）這個反應以二步驟進行，而IO-為反應之中間物質。H2O2(aq)+I-(aq)→H2O(l)+IO-(aq)+熱H2O2(aq)+IO-(aq)→H2O(g)+O2(g)+I-(aq)+h熱z過氧化氫的安定劑（錫酸鈉以及有機磷酸或其銨鹽、鹼金屬鹽）分別單獨使用或複合使用，能抑制過氧化氫分解。本示範實驗會進行下面的氧化還原反應：H2O2(aq)+2I-(aq)+2H+(aq)→2H2O(g)+I2(s)2在本示範實驗中，反應瓶中加入的蘇打（碳酸鈉）為去除上面反應所生成的碘，碘在鹼性環境（碳酸鈉溶液）中會產生自身氧化還原反應，來避免產生碘蒸氣。其反應式如下：3I2(s)+6OH-(aq)→IO3-(aq)+5I-(aq)+3H2O(aq)z碘離子的還原性很好，若碘化鉀在空氣中放置一段時間，會與空氣中的氧氣發生氧化還原反應而產生碘和水，其反應式如下所示：4KI(s)+O2(g)→2I2(s)+2H2O(l)此處碘可在碳酸鈉溶液中自身氧化還原而產生碘離子，不會影響實驗效果。z催化反應在化學動力學上，簡單來說就是降低反應活化能的一種作用。圖片來源：（擷取日期：96年6月）酵素（Enzyme）催化是在生物體內常見的催化反應，因此用酵素催化來當作例子，如上圖所示，這是一個經酵素催化後的反應。縱軸座標為反應能量，橫軸座標為反應時間。紅色的反應路徑是沒有經酵素催化的反應途徑，可以從圖中看得出，紅色反應路徑所需要的反應活化能較高，其反應時間也較長。藍色反應路徑為有加入酵素催化的反應，可以從圖中看出，藍色反應路徑所需的反應活化能較低，其反應時間也較短。一般酵素催化遵循Michaelis-Mentenmechanism，即：E+S↔ESka，ka’ES→PkbE代表酵素（Enzyme），S代表基質（Substrate）。ka，ka”，kb代表反應速率常數。反應速率V=kb[ES]，採用Steady-stateapproximation。30][][]][[]['=−−=ESkESkSEkdtESdbaa推得：]][[]['SEkkkESbaa⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=而][][][0SEE+=，一般來說，基質的量會遠大於酵素的量，在反應中基質濃度約等於起使基質的濃度。可寫為0][][SS≈，所以得知：0'0][11][][SkkkEESaba⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++=所以，根據以上反應式，可以導出酵素催化的反應速率：0'0][11][SkkkEkVabab⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++=問題和討論1.此示範實驗中產生大量的雲霧狀的物質為何？Î水蒸氣。2.此示範實驗中過氧化氫分解後產生了甚麼氣體？Î水和氧氣。3.此示範實驗中碘化鉀的功用為何？Î催化過氧化氫的分解。4.此示範實驗中，碘化鉀是用來催化過氧化氫的分解。碘化鉀的總量有沒有減少或增加？Î沒有。催化劑本身參與反應，反應過後又產生，所以總體的量沒有減少或增加。生活相關和應用z在自然界中有一種叫放屁甲蟲（bombardierbeetle）的昆蟲，當它遇到敵人的時候，可以從尾部產生過氧化氫和酵素，產生大量的氣體來防禦敵人，而且在短短的一秒鐘裡面就能夠噴上500次！這個化學反應就和阿拉丁神燈相似。4下圖為放屁甲蟲尾部的器官構造，粉紅色的腺體會產生兩種化合物---對苯二酚（hydroquinones）和過氧化氫（hydrogenperoxide），然後送至貯藏室存放。當遇到敵人時，噴射室（ExplosionChamber）有腺體產生特殊催化酵素，使過氧化氫分解產生氣體快速噴出，其溫度甚至高達100℃。資料來源：（擷取日期：96年6月）z卡通版的放屁甲蟲：當放屁甲蟲（bombardierbeetle）遇到敵人時，如青蛙等，在它的尾部兩個噴射室有腺體產生特殊催化酵素，使過氧化氫分解產生氣體快速噴出。5在噴射室中，它會分泌雙氧水和對苯二酚。然後他有兩個混和室，一個在外面，一個在裡面。遇到敵人它就會產生酵素，將混合室內的雙氧水分解，一口氣噴在敵人身上。你說是不是很神奇呢？資料來源：（擷取日期：96年6月）表演照片不銹鋼水壺的阿拉丁神燈解說不銹鋼水壺內部的構造6透明量筒中過氧化氫和碘化鉀的反應大象牙膏加入碘化鉀粉末大象牙膏開始反應大象牙膏產生大量泡沫戲劇串場-「超級神燈製造者」小朋友搶答實況照片拍攝者：謝湘華942420097