微量化學實驗：鋁熱反應的微量示範實驗   林聖揚、顧展兆、楊水平* 國立彰化師範大學化學系*yangsp@cc.ncue.edu.tw n  前言 本實驗的主題—鋁熱反應，涉及氧化還原反應以及吸熱和放熱。有關氧化還原反應，在102課程綱要微調中被編列於高中基礎化學（二）的「氧化還原反應」應修內容和高中選修化學的「氧化還原反應」主題；在107課程綱要中編列於高中必修化學中的「物質的反應、平衡與製造」主題之「氧化與還原反應」次主題；並編列於國中化學科的「氧化與還原反應」次主題。有關吸熱和放熱，102課程綱要微調被編列在高中基礎化學（一）的「化學反應中的能量變化」應修內容；在107課程綱要中編列於高中必修化學的「能量的形態與轉換」次主題。 雖然鋁熱反應的聲光效果引起很多人的興趣，但是這實驗具危險性，無法讓學生動手操作，必須由專業教師來演示。我們企圖開發以微量實驗的設計來演示鋁熱反應。我們的構想是用最少量的鋁熱劑又能發揮鋁熱反應的效果為設計目標，我們規劃本示範實驗的教學以POE (Prediction – Observation – Explanation) 為教學策略。 n  過去的實驗與本次微量的構想 一、過去的實驗設計 傳統上，由於鋁熱反應是非常激烈的反應，產生極高的溫度，以致相當危險。在反應過程中釋放熔融鐵能夠噴出相當遠的距離，而且高溫可能融化金屬容器。通常，需要專業的教師或表演者演示（見圖一），不適合用於學生動手操作實驗。[1]   圖一：鋁熱反應是非常激烈的反應，通常由教師在室外演示 （圖片來源：Thermite, https://en.wikipedia.org/wiki/Thermite.） 示範教學需要讓學生感到直覺衝突的視覺現果，通常需要使用大型的器材而且大量的用藥。經過搜尋，目前已有很多鋁熱反應的示範教學資源，在此列出四種不同的配方及其用量：(1)50-55克的氧化鐵、15克的鋁粉、20-25g的高錳酸鉀以及5–6 mL的甘油（丙三醇）[2]；(2)50 g的細粉狀氧化鐵、15 g的鋁粉、20 g的高錳酸鉀以及數毫升的甘油[3]；(3)40 g的氧化鐵、10 g的鋁、20 g的高錳酸鉀、一小勺的過氧化鈉以及一片鎂帶[4]；(4)9 g的氧化鐵（乾燥）、3 g的鋁粉、一支10公分以上的仙女棒[5]，此為所有教學資源中使用最少量的配方。鋁熱反應會產生相當大的煙霧和火花，必須在戶外通風處或在有特殊裝備的室內表演。 二、本次實驗的設計構想 我們企圖開發使用最少的藥品又不會製造過多煙霧的鋁熱反應，可以在教室中創造歧異事件（discrepant event），讓學生和觀眾可感受到視覺的震撼效果。我們測試一些變因：使用砂浴和鋁盤、大小不同空鋁罐、鋁熱劑（氧化鐵和鋁）配方的使用量、鋁熱劑配方比例的調整、鋁熱劑的點燃方式等。適合於教室中演示的最佳鋁熱劑配方和裝置如下描述。 n  觀賞影片 本實驗由國立彰化師範大學化學系學生林聖揚和顧展兆試作實驗、拍攝影片以及影片後製作，影片如影片一所示。 影片一：鋁熱反應的微量示範實驗 Microscale Demonstration of the Thermite Reaction （影片網址：https://www.youtube.com/watch?v=LVZKYezxxZM） n  藥品和器材 空鋁罐（先用磨砂紙去除外層漆） 1個、氧化鐵（Ferric oxide, iron(III) oxide, Fe2O3） 2.5 […]