奈米碳粒尋蹤記

原始設計者:彰師大

利用碳氫化合物的不完全燃燒反應，使其發生熱裂解，碳原子自組裝形成各式奈米碳粒。以有機溶劑溶解過濾分離出奈米磟體溶液，並檢測膠體溶液的性質。

實驗材料：

實驗一

1. 紙杯
2. 蠟燭
3. 酒精燈
4. 鉛筆
5. 打火機
6. 滴管
7. 湯勺

實驗二

1. 100 mL塑習滴瓶
2. 橡板管（30 cm，口徑大小必須可以牢牢套於塑膠滴瓶的開口嘴端，不可以漏氣）
3. 試管及橡皮塞（2套）
4. 試管架（1個）
5. 試藥瓶（2個、容量10 mL，或用乾淨試管代替）
6. 玻璃漏斗（1個）
7. 小水盆（1個，排水集氣用）
8. 電石碎塊（10粒，花生米大小，放在密閉瓶中乾燥收藏）
9. 火柴（1盒）
10. 正己烷（10 mL）
11. 濾紙（2張）
12. 棉布手套（3雙）
13. 小標籤紙

現象說明

烴類（hydrocarbons）又稱碳氫化合物，日常生活中許多燃料都屬於碳氫化合物，包含了汽油、柴油、蠟燭、液化石油氣與天然氣等。一般人都知道碳氫化合物在空氣中完全燃燒時，可生成二氧化碳與水。依據化學劑量的觀念以及氣體性質，常溫常壓下，大多數氣體體積比與其分子數比相等，以此可估算碳氫化合物達到完全燃燒條件的空氣體積比為多少。如果在空氣不充足的條件下，燃燒碳氫化合物又會有什麼結果？

探究問題

• 2.1 燃燒過程中，黑煙的組成為何?
• 2.2 如何使燃燒黑煙附著於紙張表面?
• 2.3 何謂超疏水現象?
• 2.3 酒精燃燒產生的黑煙和蠟燭燃燒產生的黑煙有何不同?
• 2.4 如何收集乙炔氣體?
• 2.5 如何使乙炔氣體達到完全燃燒與不完全燃燒?
• 2.6 何謂廷得耳效應?

實作項目

• 3.1 碳黑之超疏水性質

• 3.1.1 在紙杯中加入少量的水，利用蠟燭燻黑紙杯杯底，使碳粒子均勻的分布在杯底。
• 3.1.2 在紙杯中加入少量的水，利用酒精燈碳燻紙杯杯底，使碳粒子均勻的分布在杯底。
• 3.1.3 在另一乾淨紙杯，用鉛筆塗黑。
• 3.1.4 取滴管在燻黑後及塗黑後的紙杯上各滴一滴水，檢視水滴在碳粒子表面上之分布情形。
• 3.1.5 實驗記錄

蠟燭

酒精燈

鉛筆

• 3.2 乙炔氣體(不)完全燃燒及延得耳效應

• 3.2.1 以排水集氣水收集乙炔與空氣的混合物，不同比例A及B管。
• 3.2.2 燃燒檢測：將點燃的火柴接近A試管頂端，馬上打開A試管塞子，於試管口點燃試管內氣體，觀察氣體燃燒結果。試管一定要保持正立於試管架上，勿用手去觸摸試管。同步驟方法，點燃B試管，並觀察氣體燃燒結果。
• 3.2.3 將步驟2的試管，蓋好橡皮塞，靜置試管冷卻數分鐘。
• 3.2.4 分別加入5 mL正已烷於試管中。輕輕搖動試管，再靜置試管數分鐘。觀察2支試管內正已烷溶液顏色。
• 3.2.5 將2支試管內溶液，分別用滴管吸取並加以過濾，取得濾液，放到乾淨試管中，觀察濾液顏色。
• 3.2.6 以雷射筆照射此溶液，是否可觀察到溶液中出現明顯的光束？

分析與結論

• 4.1 碳黑之超疏水性質實驗中，何者有較明顯之超疏水現象?
• 4.2 蠟燭、酒精及鉛筆皆是由碳氫化合物所組成，造成不同的疏水現象原因為何?
• 4.3 乙炔氣體(不)完全燃燒實驗中，在收集氣體完畢後，從外觀上能判別出乙炔和空氣的混合比例嗎？
• 4.4 那些試管的氣體燃燒後有黑煙生成？為何會有這些黑煙？
• 4.5 那些試管燃燒後沒有黑煙生成？是否有很大的爆鳴聲？為何會產生爆鳴聲?

教學目標與評量

• 5.1 能實際操作。
• 5.2 讓學生學習科學素養，即探究現象、提出假說、實驗證明假說，最後精緻化結果。
• 5.3 利用一連串實驗歸納出的結論，將所得結論應用在如何自行製備不同頻率爆鳴聲之燃燒反應，讓學生能應用自己融會貫通的知識。