臺灣化學教育

帶國小學生做「金銀銅幣變變」趣味化學實驗

 

楊朝芳

國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班一年級

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n  前言

　　一元銅幣在生活中，幾乎是平凡無奇，甚至有很多人覺得一元很麻煩，一元掉在地上，也不太有人會去撿，隨著時代的進步，開始有了信用卡、悠遊卡、儲值卡…..，或許真的有一天，不再發行前也是有可能的，然而當老師將銀色的一元展現給小朋友看時，小朋友的反應都會認為那是五元硬幣，總是要與一元銅幣做比較時並看到上頭寫著「壹元」，小朋友才相信。

　　老師在課堂上，拿著一個銀色的壹元，先將酒精燈點著，再用鑷子夾著銀色壹元，移至火上烤，這時銀幣受熱後，神奇的事情發生了，銀幣竟在眾人的眼前變成了金色的，國小同學哇!的一聲，一種不可思議的反應，甚至有人懷疑那是假的錢，當小朋友親自拿到手上時也確認這是真的，此時每個小朋友都想自己試試看，也想擁有那神奇的金銀幣，教師接著告訴小朋友，如果要做這項實驗，必須請小朋友在下一次上課時，帶三個壹元硬幣來學校，最好帶接近新的硬幣來做實驗，做出來的成品會較漂亮。

    

圖1：銀幣在眾人的眼前變成了金色的

圖2：小朋友自己完成金銀銅幣實驗展示自己成品

n  銅幣是如何變成金銀幣的？

本實驗所涉及的化學反應式呈現如下:

(一)鋅在強鹼中會放出兩個電子形成鋅離子。

NaOH_(aq) + Zn_(s) →Na₂ZnO_2(aq) + H_2(g)

Na₂ZnO_2(aq) + 2H₂O_(l) → Zn_(s) + O_2(g) + 2HO^–_(aq) + 2Na⁺_(aq)

     (二) 鋅離子還原成金屬鋅附著在金屬銅表面成銀色。

Zn^2＋ _(aq)＋Cu_(s) →Cu^2＋ _(aq)＋Zn_(s)

(三) 持續加熱使鋅與銅均勻混合成黃銅合金。

　　

圖3:銅變銀(鋅附著在銅幣表面)、變金(銅與鋅混合均勻成黃銅)

n  可讓學生探索的實驗問題

（一）        用什麼材料可以製作金銀銅幣變變變？

（二）        熱對物質所產生什麼影響？

（三）        一元銅幣就可以製作金色與銀色的錢幣嗎？

（四）        溫度是否會影響到實驗結果？

（五）        已變成金色的銅幣可以再變回銀色或古銅色嗎?

n  實驗設備器材

氫氧化鈉一瓶、鋅粉一瓶、全新1元硬幣 (每位學生帶三枚)、酒精燈、三腳架、陶瓷纖維網、500ml或250ml燒杯每組一個、冷卻容器一個、鑷子每組一支、打火機、勺子、抹布、橡膠手套、口罩。

       

圖4：實驗必備器材

n  實驗過程

（一）     用什麼材料可以製作金銀銅幣變變變？

查詢網路資料上各種不同的版本，發現都必須要有銅幣或銅製品、鋅粉、氫氧化鈉水溶液(一般都可以自己調製)、燒杯及酒精燈即可製作出金銀銅幣。至於比例，一般250ml的燒杯大概放入一半以下的氫氧化鈉水溶液(約85ml~125ml之間)，先讓氫氧化鈉接近沸騰時，加入約一匙鋅粉即可(根據我的實驗，事實上鋅粉在哪一個時間點放入，基本上效果並無明顯差異)，約30~60秒之間就可以將一元銅幣放入，大約等3~4分鐘便可用鑷子，將一元硬幣取出，先放入清水中(一方面可以冷卻，一方面可大部分清洗掉附著在上面的氫氧化鈉)再用鑷子將一元硬幣取出，置於抹布上，稍微搓一搓(手上要戴手套)即可完成銀幣製作。

再將銀幣用鑷子夾住放置火上燒烤，約30~60秒之間即可慢慢變成金色，此時需迅速放入水中冷卻，呈現在水中的就是黃澄澄的金幣(黃銅)了。

  

  

圖5：銀幣製作過程

 

  

圖6：金幣製作過程

 

（二）     熱對物質的所產生的影響？

有些食物加熱前後會改變顏色、形狀、體積和氣味等情形，而其他物質有的也會因熱產生物理及化學性質的變化，雖然金銀銅幣，可以互換還原，但其顏色還是會有些微改變。　　

圖7：金銀銅幣可以互換還原顏色還是會有些微改變

 

（三）     一元銅幣就可以製作金色與銀色的錢幣嗎？

原則上銅幣便可以製造出金銀幣，但如果銅幣氧化嚴重，甚至破舊模糊，所製成的銀幣和金幣也會跟之前一樣，並不會變新，而以新幣製成的銀幣和金幣也相對的呈現亮麗的樣子。

   

         圖8：使用舊幣所製作出來的效果不好。

 

（四）     溫度是否會影響到實驗的結果？

溫度確實可以加速銅幣變銀幣，銀幣變金幣的狀態，如果溫度不夠高，有可能使鋅在分布在銅上不均而產生斑點或者部分還原為銅的情形。

 

圖9：銀幣產生斑點或者部分還原為銅的情形

 

（五）     已變成金色的銅幣可以再變回銀色或古銅色嗎?

將燒成的金幣冷卻後，可以再放回加了鋅粉的氫氧化鈉水溶液煮約2~3分鐘依然可恢復成為銀幣。而金幣在火焰中再度加熱，則銅幣表層的鋅成份逐漸減少，約一分鐘左右便會呈現銅色，恢復成銅幣。若加熱過久，銅會被氧化而失去光澤，有毀損國幣之虞，切記小心。 

n   國小教學中遇到的困難與解決方法

（一）     已超出課程內容:金銀銅幣變變變，基本上是在國中課程氧化還原反應的課程。
解決方法：在國小五年級中有「熱對物質的影響」，作者想應該也可作為延伸教材，其實學生還真的很感興趣。

（二）     製作銀幣味道刺鼻:前幾年在教學時，因製作銀幣味道刺鼻，怕學生吸入氣體對身體有害。

解決方法：為了安全，可事先將銀幣製作出來，然後以排隊方式在老師全程確保安全的情形下製作完成。

（三）     學生操作不當容易燙傷：學生在操作時，因過於興奮及緊張，後有幾個學生忘了老師一再提醒，便徒手去握燒燙的鑷子，造成燙傷。

解決方法：除了教學示範外，要求學生操作者必須戴手套，且鑷子必須和錢幣一起放入水中，確保鑷子與錢幣都冷卻。

（四）     銅幣新舊影響實驗結果：一元硬幣容易取得，但舊硬幣製造出來便是缺乏光澤，要整理銅幣讓其恢復原有光澤，也要花費很大的處理時間，而成效也並不穩定，有的甚至黑黑醜醜的，學生的驚奇度也大打折扣。

解決方法：請學生蒐集新的一元硬幣或前往台灣銀行兌換新的銅幣。

（五）     製作完成後保存不易:因鋅離子的活性大，很容易讓銅還原，只要稍不注意，就會發現銀幣上出現銅斑，慢慢還原成銅幣了。

解決方法：放置夾鏈袋內保存，防止與空氣接觸，尚能保持一段時日。

 

         圖10：置夾鏈袋內保存，防止與空氣接觸。

n  應用在教學上的策略

（一）     應用在引起動機上：課程為教學延伸課程，可融入高年級熱對質的影響，作為引起動機，增加學生對課程的興趣。

（二）     作為教學中對學生的獎勵：學生在課堂上難免會分心或搗蛋，如將其活動的進行加入條件，必須學生能夠完成課堂的學習目標，或者達到老師要求的作業，才能進行此項實驗，學生的教學配合度將會大大提升，達到雙贏的效果。

（三）     應用在平時教學中的獎勵：教師可以先製做部分銀幣，當學生在課堂上表現優異，即可獲得親自燒金幣一枚，如此不用花很多金錢及心思來購買禮物作獎勵，亦可達到鼓勵學生的效果。

n   教學中應注意事項

（一）     在操作實驗時，教師須先指導學生使用酒精燈及酒精燈翻覆時，滅火的方法。

（二）     準備急救箱，萬一實驗中學生不小心受傷時可做初步救護。

（三）     因氫氧化鈉遇水會放熱，卻具有腐蝕性，千萬不可將氫氧化鈉顆粒或粉末，直接倒入燒杯水量超過一半的熱水，否則會導致水沸騰溢出的現象，而造成危險。

（四）     實驗過程，學生務必戴上口罩減少學生對氣體的不適。

（五）     實驗過程，學生務必穿戴手套，防止氫氧化鈉液體濺到手，也避免被燒燙的鑷子或高溫的銅幣燙傷。。

（六）     錢幣放入沸騰溶液中，切勿用拋丟方式，才能避免溶液濺出，應慢慢將銅幣輕輕夾放置溶液內。

（七）     因放入溶液中的銅幣不易夾取，鑷子過短時，手容易碰觸到氫氧化鈉水溶液，鑷子應需要有18公分以上長度較適合。

（八）     取出時不可沖水，直接放入水中冷卻，就立刻取出，用抹布輕輕搓即可完成。

 

圖11抹布輕輕搓即可

（九）     以夾鏈袋來保存成品，可觀賞，又可保存較久，放置時，夾鏈袋內儘量不要有空氣。

（十）     銀幣燒金幣時，鑷子不可有水分，儘量夾邊緣燒，讓銅幣受熱均勻，金幣才會呈現家情形且保存較久。

圖12夾正反面容易造成加熱失敗                            圖13夾兩側成功率較高

 (十一) 銀幣加熱成金幣時當成現金銅色時，須馬上放置水中冷卻，才會呈現金黃色，切勿加熱過久。

 (十二) 銅幣放置氫氧化鈉水溶液，約一次1~3個就好，請勿放置太多，否則失敗的機率可能會增加。

n   學生的回饋

(一)學生對製作金銀銅幣的好奇，產生強烈的興趣:

501:我很喜歡這個實驗，因為很有趣，可以讓一元硬幣變色，又不會因毀損國幣被罰。

502:這次的經驗讓我對銅幣更加了解，也讓我了解不能毀損國幣，不然會違反規定。

503:藉由這次實驗讓原以為一元是銅色，竟然加上鋅粉加熱之後，而成為金和銀，我覺得很神奇。

504:燒金幣十分有趣，但需要小心，並遵守老師的步驟，才能保持金幣燒得漂亮。

505:今天在自然教室裡做實驗，非常有趣，而這個實驗名稱叫”金銀銅幣變變變，這個實驗的過程，我覺得最令人感到稀奇，就是當銅幣放進鋅裡面和用火燒銀幣，剛開始，我想銅幣若放進水裡煮真的可以變成銀幣嗎?可以，而且全部都變成銀色的，那我想，如果用火燒硬幣不會毀損?並不會，我感到無比驚奇。

506:今天我們在自然教室做一個很有趣的實驗，我們在實驗室煮銀幣、燒金幣，我覺得非常的有趣。

507:我最喜歡這個實驗中把銀幣變成金幣的部分，因為可以用來變魔術，我感謝老師讓我體驗。

(二)學生製成金銀銅幣後，在操作後對實驗了解:

508:這個實驗很有趣，叫「金銀銅幣變變變」，當一元錢幣被火煮過後，放入水裡冷卻，顏色就會變成銀色呢!

509:我們在自然教室做了有關熱和銅幣的實驗課程，老師先準備氫氧化鈉的水放在酒精燈上煮，然後放進了鋅粉，在把銅幣丟進水中，過了差不多2~3分鐘，竟然就變成銀色了，這項實驗引發我的好奇心，讓我想做各種實驗，了解更多不同的原理。

510:我覺得「金銀銅幣變變變」是個很好玩的活動，因為只要把銅錢放在加鋅粉的水裡煮一煮，就會變成銀色的，再燒一燒又會變成金色，再做一次一樣的做法，又會變回銅色的，我覺得這個實驗非常神奇。

511:今天我們做了一個有關錢的實驗，先把水裡加氫氧化鈉，氫氧化鈉裡面含有「鋅」，所以如果碰到銅就會變成「黃銅」，先把水加熱，再把鋅的一塊放進去，過一會兒後，再把它拿出來，，結果就變成銀色的一塊錢!接下來，再將它慢慢用火燒，就變成金色了!這個實驗很有趣，希望能再做更多的實驗，增廣見聞。

512:今天我們做了一個跟錢有關的遊戲實驗，先用水加氫氧化鈉，再把水加熱，放入鋅粉後，銅錢就變成銀錢，十分有趣。

513:今天的銅幣變銀幣，銀幣變金幣的實驗，不只是為了好玩，而是讓你學會怎樣應用化學來做實驗，也為未來打上一份基礎。

n   心得

　　化學實驗很像是變魔術一般，每當我在教室上呈現過程時，幾乎學生們都聚精會神地專注在實驗中，當呈現結果之時，學生歡呼聲可真令老師非常有成就感，在指導「金銀銅幣變變變」教學中，學生為了可以親自體驗讓銅變金在變銀幣的過程，也變得很有秩序，深怕失去操作這項活動的資格，當學生完成金、銀、銅幣之時，內心的喜悅溢於言表，他們小心翼翼的將金銀銅幣收入夾鏈袋內，深怕因接觸到空氣而恢復成銅幣，有些孩子便會開始發問有關實驗中不解的現象，很有趣的是，有很多學生在實驗完畢後便開始問我材料要哪裡買?他很想要回家做給家裡的人看，但我都告他們做這實驗需有大人指導，並且需在通風良好的地方才能做實驗，而詳細資訊在網路上都可以查到，在這次的活動中，學生的專注力真的變好了，幾個上課原本都在恍神的，也突然變得炯炯有神，主動參與在這個教學活動中。

圖14：學生完成金銀銅的後，學生感到神奇有趣

n   教學省思

　　今天的實驗，很吸引小朋友，小朋友玩得很開心，但仍有許多不足之處尚待改善，可做為下次教學參考。

（一）雖然已將材料準備齊全，學生人數眾多，老師極力在行間巡視，但一不小心，學生還是會碰觸到以為冷卻的鑷子而燙傷。

教學改進方式:教師可以在學生操作時，再說明流程時加入鑷子一起放入水中冷卻動作，降低學生被鑷子燙到的機會，並要求操作者必須穿戴棉製或隔熱手套更為安全。

（二）雖然活動非常成功的製成銀幣和金幣，但經過一段時間，還是回恢復銅的顏色，甚至，在操作上就已經發現還原的情形，搜尋網路資料，並沒有這樣文獻，但事實確有這樣的情形發生。

　　　教學改進方式:根據多次的實驗判斷，氫氧化鈉水溶液與自行泡製的氫氧化鈉加水是有可能造成不同情形，影片上的應屬於氫氧化鈉水溶液，而我是用氫氧化鈉加水，但一般的自來水含有氯和雜質，也可能因此影響實驗結果。

n謝誌

感謝國立臺北教育大學自然科學教育學系104學年度碩士在職專班碩一課程－化學特論(一)周金城教授暨全體同學協助提供本文架構調整與內文修正之意見。

n參考文獻

1.陳冠松 金銀銅幣 國立科學博物館科學學習中心 2005年11月12日取自http://slc.nstm.gov.tw/Teaching/Details.aspx?Parser=99,4,27,,,,81