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大象牙膏

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實驗過程

大象牙膏英语:Elephant toothpaste)是一个化学实验,因实验中过氧化氢快速分解所产生大量气泡而得名[1][2][3]。这个实验需要的原料较少,而产生的效果却和火山喷发一样壮观,故常用于课堂演示中[1][2][3]

实验过程与现象

首先将浓过氧化氢溶液(一般为30%~35%,俗称双氧水)与洗碗精[4]混合,然后加入催化剂(一般用碘化钾)来使过氧化氢快速分解。受到催化劑的催化,过氧化氢會快速分解,产生大量的氧气。這些氧氣會极快地冲出容器,然后被洗碗精包裹住产生气泡,并聚集成为泡沫喷涌而出。如果事先在催化剂溶液中加入一些色素,产生的泡沫就是彩色的。[1][3]

化学解释

这个实验證明过氧化氢(H2O2)可以被催化分解,产物是氧气。过氧化氢在一般情况下也可以分解成水和氧气,但是反应速度极慢,甚至于观测不到。在加入催化剂(一般在大象牙膏实验中为碘化钾)后会加速反应生成大量氧气:[1]

2H2O2 → 2H2O(l) + O2(g)

此反应中碘化钾充当了催化剂:它的总量并没有减少,且加速了反应的进行[1][2][3]。碘离子将反应机理改变为:

H2O2 + I H2O + IO
H2O2 + IO H2O + O2 + I

2H2O2 2H2O(l) + O2(g) ΔrH° = −196 kJ/mol

这个反应是放热反应,所以产生的气泡是热的[1][2]。另外,使用二氧化锰氧化铜等也可以作为催化剂加快反应速率,但固体催化剂与液相的接触面积可能不如液体催化剂大。

其他版本

一种可供孩子尝试的更安全的版本是,改用危害更小且更易获取的稀过氧化氢(3%至6%)来反应,并以酿酒酵母粉催化[2]。这样做的话,虽然仍会有泡沫产生,但速度更缓慢,泡沫喷出的力度也更小。

若不用过氧化氢,也可以选用氯化铝饱和溶液与含洗洁精的饱和碳酸氢钠溶液来反应,这样产生的泡沫为二氧化碳[5]

参见

参考文献

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Elephant's Toothpaste (PDF). University of Utah Chemistry Demonstrations. University of Utah. [21 March 2014]. (原始内容 (PDF)存档于2011年11月11日). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Elephant’s Toothpaste - Kid Version. Steve Spangler Science. [21 March 2014]. (原始内容存档于2014-03-18). 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Catalytic Decomposition of H2O2 - Elephant's Toothpaste (PDF). NCSU Department of Chemistry Lecture Demonstrations. North Carolina State University. [21 March 2014]. (原始内容存档 (PDF)于2016-05-28). 
  4. ^ 佚名. 大象牙膏. 中学科技. 2013, (2): 35 [2014-10-02]. (原始内容存档于2020-06-08). 
  5. ^ 尚广斗. 中国的“大象牙膏”实验. 中学化学教学参考. 2011, (11): 42 [2014-10-02]. (原始内容存档于2020-06-08). 

外部链接