帶國小學生做「金銀銅幣變變」趣味化學實驗 / 楊朝芳

星期一 , 3, 九月 2018 Leave a comment

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

yachfa@yahoo.com.tw

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。

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1:銀幣在眾人的眼前變成了金色的

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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:

()鋅在強鹼中會放出兩個電子形成鋅離子。

NaOH(aq) + Zn(s) →Na2ZnO2(aq) + H2(g)

Na2ZnO2(aq) + 2H2O(l) → Zn(s) + O2(g) + 2HO(aq) + 2Na+(aq)

     () 鋅離子還原成金屬鋅附著在金屬銅表面成銀色。

Zn2 (aq)Cu(s) →Cu2 (aq)Zn(s)

() 持續加熱使鋅與銅均勻混合成黃銅合金。

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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、500ml250ml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。

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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(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。

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5:銀幣製作過程

 

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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。  

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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。

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         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。

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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。

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         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。

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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。

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12夾正反面容易造成加熱失敗                            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

()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。

()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。

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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()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 20051112日取自http://slc.nstm.gov.tw/Teaching/Details.aspx?Parser=99,4,27,,,,81

 

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