電土炮

出自 全民科學平台
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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。

參考資料