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化学示範实验:纸钞含铁吗?(Is There Iron in Paper Dollar Bills?)﹝I﹞?

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前言

大家都玩过磁铁吸引铁製物品,也试过很多物品看看是否可以被吸引。确实地,生活週遭有很多物品可以被磁铁吸引,例如迴纹针、铁钉、刺绣针…等,你(妳)试过有些纸钞的边缘也可以被强力磁铁吸引吗?可以用化学方法检验纸钞含铁吗?

示範实验影片

请按此连结:纸钞含铁吗?(Is There Iron in Paper Dollar Bills?)﹝I﹞和〔II〕,YouTube。


示範步骤

一、 示範前準备

本示範事前準备的药品和器材,如图一所示,并详见下面的「药品和器材」一节。

图一 本示範实验所需要的药品和器材

1. 準备各国纸钞,例如:1元、10元、50元和100元的美金,100元、500元和1000元的新台币,1000元、5000元和10000元的日币,10元、20元和100元的人民币。

2. 準备1个超强力磁铁(如钕磁铁,也称为钕铁硼磁铁)

3. 準备1台果汁机、1个密封袋、1支不鏽钢微量药匙、3支PE滴管和1张白色壁报纸。

4. 配製化学药品:1.0 M盐酸、1.0 M亚铁氰化钾(K4Fe(CN)6)和1.0 M硫氰化钾(KSCN)。

二、 示範纸钞的磁性

1. 携带数张各国纸钞和1个钕铁硼磁铁以及1张白色壁报纸到教室。

2. 用一般磁铁压住白色壁报纸在黑板上当作示範的背景,分类各国纸钞并放在讲桌上。

3. 先示範美金纸钞的磁性:一只手拿1张纸钞,先手持纸钞使其垂直方式悬挂在空中,正面以面向学生,让学生观看,如图二所示。然后翻转90度,另一只手拿1个 钕铁硼磁铁触到纸钞的底部并立即移开,如图三所示。同样的动作连续示範2-3次,请学生观察纸钞是否被磁铁吸引而随着磁铁移动。

图二 纸钞正面以垂直方式面向学生

图三 磁铁触到纸钞底部并立即移开

4. 继续示範其他不同金额的美金纸钞,以及各国不同金额的纸钞,请学生观察各纸钞是否被磁铁吸引而随着磁铁移动。

三、 示範纸钞含铁粉

1. 带两张1元美金纸钞、1个钕铁硼磁铁、1台果汁机、1个密封袋、1张白色壁报纸、1.0 M盐酸、1.0 M亚铁氰化钾和1.0 M硫氰化钾到教室。

2. 用一般磁铁压住1张白色壁报纸在黑板上当作示範的背景,放置器材和药品在讲桌上。

3. 果汁机的电线插入插座,加入200 mL的水到果汁机中,摺皱两张1元美金纸钞并放入果汁机中。放置1块钕铁硼磁铁在果汁机外面,如图四所示。

图四 放置钕铁硼磁铁在果汁机外面

4. 打开电源,持续地搅拌3~4分钟。关掉电源,打开果汁机盖,观察是否有黑色铁粉被磁铁吸住,如图五所示。

图五 观察是否有黑色铁粉被磁铁吸住

5. 用不鏽钢微量药匙转移黑色铁粉到一张白色纸张,如图六所示。展现给学生观看或请学生近距离轮流观看,确实有黑色铁粉在纸张上,如图七所示。

图六 用微量药匙转移黑色铁粉

图七 展现黑色铁粉在纸张上给学生观看

6. 倒出果汁机内的碎纸钞水溶液到一个密封袋中,并密封住。用1块钕铁硼磁铁在密封袋的底部来回游动,然后慢慢地往上移动,察看是否有黑色铁粉随磁铁移动,如图八所示。

图八 察看是否有黑色铁粉随磁铁移动

7. 用不鏽钢微量药匙转移黑色铁粉到上述的白色纸张。展现给学生观看或请学生近距离轮流观看,确实有黑色铁粉在纸张上。

四、 示範铁的检验

1. 首先转移在白色纸张上的黑色铁粉到一杯含50 mL的1.0 M HCl的烧杯中,用玻棒搅拌促使其完全反应(黑色铁粉消失,产生亚铁离子Fe2+),如图九和图十所示。

图九 转移黑色铁粉到1.0 M HCl中

图十 搅拌促使铁粉与稀盐酸完全反应

2. 待完全反应后,继续搅拌数分钟,使亚铁离子与空气中的氧气反应生成三价的铁离子(Fe3+)。然后转移约一半体积的铁离子溶液到另一烧杯中,如图十一所示。

图十一 等体积的铁离子溶液

3. 对其中一个烧杯内的Fe3+溶液,用一支PE滴管逐次地加入少量的1.0 M K4Fe(CN)6(黄色)并且加以搅拌,促使铁离子与K4Fe(CN)6反应。若有变成淡绿色,则停止加入,静置并偶而搅拌数分钟使其变成较深的绿色或蓝色,如图十二的中左烧杯所示。

4. 对另一个烧杯内的Fe3+溶液,用一支PE滴管逐次地加入少量的1.0 M KSCN(无色)并且加以搅拌,促使铁离子与KSCN反应。若有变成淡红色,则停止加入,静置并偶而搅拌数分钟使其变成较深的红色,如图十二的中右烧杯所示。

图十二 Fe3+与K4Fe(CN)6(中左)和KSCN(中右)反应后的颜色

5. 若颜色改变不甚明显,则重複上述步骤1~4,图十三为重作实验的结果。

图十三 重作实验的结果

6. 若铁的检验之颜色改变不甚明显,则静置并偶而搅拌多时,再次观察颜色的改变情形。若颜色改变仍然不甚明显,则试着加入数滴的3% H2O2,再次观察颜色的改变情形。

药品与器材

1. 纸钞(各国各不同金额)??数张
2. 自来水或蒸馏水??200 mL
3. 果汁机??1台
4. 超强力磁铁(钕磁铁(Neodymium magnet),也称为钕铁硼磁铁)??1个
5. 白色壁报纸??1张
6. 不鏽钢微量药匙??1支
7. 密封袋??1个
8. 1.0 M盐酸(hydrochloric acid)??10 mL
9. 1.0 M硫氰化钾(Potassium thiocyanate, KSCN)??20-30 mL
10. 1.0 M亚铁氰化钾(potassium hexacyanoferrate, K4Fe(CN)6)??20-30 mL
11. 烧杯(250 mL或500 mL)??1个
12. 烧杯(100 mL或50 mL)??4个
13. PE滴管??3支

药品配製

1. 1.0 M K4Fe(CN)6:取约21克的K4Fe(CN)6?3H2O(potassium hexacyanoferrate trihydrate),加入蒸馏水配製成50 mL的溶液。注:加入21 g的K4Fe(CN)6?3H2O会有部份药品不会溶解而形成饱和溶液。示範时只用上层的的饱和溶液即可。

2. 1.0 M KSCN:取4.9 g的KSCN(Potassium thiocyanate),加入蒸馏水配製成50 mL的溶液。

3. 1.0 M HCl:取约4.2 mL的浓盐酸,加入蒸馏水配製成50mL的溶液。

请按此连结,参阅「纸钞含铁吗?﹝II﹞」

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