電土炮

原作者：謝迺岳
關鍵詞：謝迺岳
同義詞：竹炮，電石炮
在台灣東部的阿美族部落中，有一種用巨竹製成的大炮；炮管中使用電土加水產生乙炔，點火後能發出很大的聲音；作為驅鳥趕山豬的工具，也用於慶典中增添熱鬧氣氛。

探究問題

如何證明電土加水產生的可燃氣體是乙炔？點燃電土炮的最適當時機是什麼？乙炔在生活中有什麼用途？

實作項目

1. 材料
   電土，寶特瓶，點火槍，乒乓球，竹筷，紙杯，軟管。
   
2. 製作
   電土，寶特瓶，點火槍，乒乓球，竹筷，紙杯，軟管。
   
3. 操作
   準備三支寶特瓶。瓶A盛水九分滿，滴入少量廣用指示劑與冰醋酸使水呈現黃色。瓶B為空瓶。在瓶C的側邊下方鑽一個直徑0.5cm的小孔，盛水20mL。須預習使用點火槍在小孔的側方點火，以免從小孔中噴發的火焰燙到手。
4. 猜測：把一顆電土投入瓶A中，水的顏色會如何變化？先猜想再實作。
5. 猜測：把一顆電土投入瓶A後，立刻鎖上附軟管的瓶蓋，並將軟管的出口放在瓶B中（注意軟管的出口不能浸入瓶B的水面下，以免回流）。當瓶A不再產生氣體時，記錄瓶B中的水量；猜測瓶A會有多少水流到瓶B？先猜想再實作。
6. 猜測：把一顆電土投入瓶C中，立刻把乒乓球放在瓶口，並在瓶子側下方的小孔處點火，乒乓球就會被瓶中的氣體炸飛。可以重做多遍，使乒乓球能彈射愈高愈好。猜測同樣大小的電土與水量，須在投入電土後幾秒點火效果最好？

結果與討論

電土的主要成份是碳化鈣（CaC₂），與水反應產生乙炔（C₂H₂）與石灰水（Ca(OH)₂）；由於是放熱反應，因此會使乙炔膨脹。點火後，乙炔燃燒產生大量的水蒸汽與二氧化碳氣體，高熱使生成的氣體更加快速膨脹。

1. 結果：電土產生的石灰水為強鹼，會使廣用指示劑顯現藍色。在沉澱後，取瓶內上層的澄清石灰水一杯，在杯中吹氣會使石灰水混濁，可知水中含有碳酸鈣，並推得電土中含有鈣的成份。
2. 結果：1mole碳化鈣的質量為64g，與水反應可得約25L的乙炔。使用1g碳化鈣可得乙炔氣體0.39L，因此可用0.6L的寶特瓶以排水法收集氣體。
3. 結果：乙炔燃燒的產物有大量氣體（2C₂H₂+5O₂→4CO₂+2H₂O），且溫度超過3000℃，因此氣體會快速膨脹，但是熱量不易估算。完全反應時，二份乙炔氣體需要五份氧氣，也就是25份空氣，因此可以推算點火的時機。若是一次投入多顆電土，將有氧氣不足的情況發生，點火後瓶中會產生大量碳粒，可證明乙炔分子含碳，也可推論電土含有碳。

教學目標

適用於國小以上；須注意安全（強鹼與爆炸），建議戴手套與護目鏡。

1. 知識上：認識電土與相關的化學反應式。
2. 技能上：能夠安全操作化學實驗與放炮的遊戲，能計算乙炔的體積。
3. 情意上：喜歡原住民的竹炮，欣賞各民族的文化與老人家的智慧。

應用

1. 在科學上：排水集氣法，注意軟管的出口不能浸入瓶B的水面下。
2. 在科技上：水果催熟，煉鐡，照明。
3. 在藝術上：用廣用指示劑調配酸鹼的中和實驗，以及優碘的氧化還原實驗。
4. 進階活動：用電土炮進行各類比賽，使用水盆進行更精確的排水集氣操作。