在教室中表演化學詐騙術 @ beautydiy

化學示範實驗：在教室中表演化學詐騙術（A Chemical Trick Shown in the Classroom）
國立台中高級工業職業學校化工科陸冠輝老師/國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

在許多的江湖騙術中，有些是運用視覺障眼法，有些則是利用特殊的化學反應。這次的化學示範是利用一個激烈的氧化還原反應，並透過「內功運氣」的假象來進行一個江湖詐騙術的表演。你（妳）想知道此江湖騙術隱藏什麼化學原理和概念嗎？

示範實驗影片

請按此連結：在教室中表演化學詐騙術（A Chemical Trick Shown in the Classroom），YouTube。

示範步驟

一、示範前準備

1. 平放一張衛生紙於桌面，以刮勺取一小匙過錳酸鉀固體放置於衛生紙的中央處，如圖一所示。

圖一過錳酸鉀固體放置於衛生紙的中央處

2. 以此衛生紙包覆過錳酸鉀固體，並且捲成筆直狀，使過錳酸鉀位於筆直狀衛生紙的封閉端，如圖二所示，左端為包有過錳酸鉀的封閉端。此包有過錳酸鉀的衛生紙稱為筆直狀衛生紙。

圖二包有過錳酸鉀的衛生紙捲成筆直狀

3. 重複上述步驟，製作筆直狀衛生紙二份。用小塑膠袋裝好，以便放在口袋中帶到上課教室表演。

4. 在一瓶化妝用壓瓶內裝入少許甘油。

二、示範“化學詐騙術”

1. 攜帶表演用的筆直狀衛生紙和裝甘油的壓瓶到上課的教室。

2. 進入上課教室，表演前先清理示範桌（講桌）上的物品，故意擺放粉筆盒（或其他物品）當作障礙物，擋住學生的視線，然後偷偷地在障礙物背後擠出一些甘油在示範桌上。此段時間順便請一位學生提一個水桶到教室外裝半滿的自來水，當作熄火用水。

3. 向學生索取一些衛生紙，然後放在示範桌下。接著，從口袋中拿出筆直狀衛生紙讓學生看看是否用衛生紙製作，以便取信學生，如圖三所示。

圖三讓學生看看筆直狀衛生紙

4. 再來，手取筆直狀衛生紙的開放端（不含過錳酸鉀的一端），並且秀給學生觀看是衛生紙。然後，偷偷地放在粉筆盒背後示範桌上的甘油液體，使包有過錳酸鉀的一端衛生紙沾黏甘油液體。此段時間故意與學生對話，引開他們的注意而沒有察覺老師的動作，如圖四所示。

圖四衛生紙沾黏甘油的同時故意與學生對話

5. 然後，拿高筆直狀衛生紙，開始口中念念有詞，告訴學生說老師要以「內功運氣」來點燃衛生紙，加上微微地用力捏住衛生紙呈稍微顫抖狀，好像真的在施展「內力」一樣，如圖五所示。

圖五拿高筆直狀衛生紙開始口中念念有詞

6. 經數秒鐘後，即可看見衛生紙冒出白色煙霧，如圖六所示，隨後瞬間起火燃燒，如圖七所示。

圖六經數秒鐘後衛生紙冒出白色煙霧

圖七衛生紙隨後瞬間起火燃燒

7. 燃燒後已熄火的衛生紙丟入水桶內的水。

8. 接著，從示範桌下取出一盒衛生紙，抽取一張衛生紙，並且折成筆直狀，讓學生施展「內力」，看看是否能夠使衛生紙起火燃燒。

9. 重複步驟4-7，老師再次取出筆直狀衛生紙，表演「內功運氣」點燃衛生紙。讓學生思考為何老師可以點燃衛生紙，而學生不可以？

10. 學生思考一陣子並且相互討論之後，老師向學生介紹一些江湖騙術的手法，並且與同學互動討論此次江湖騙術隱藏的化學原理和概念。

11. 最後，老師演示筆直狀衛生紙的製作過程，以及讓筆直狀衛生紙瞬間起火燃燒的操作過程。圖八為筆直狀衛生紙沾黏在表玻璃上的甘油的情形。圖九為衛生紙冒出白色煙霧的情形。圖十為冒出白色煙霧後瞬間起火燃燒的情形。

圖八筆直狀衛生紙沾黏在表玻璃上的甘油

圖九衛生紙冒出白色煙霧的情形

圖十冒出白色煙霧後瞬間起火燃燒的情形

藥品與器材

1. 過錳酸鉀晶體（Potassium permanganate, KMnO₄）  一小匙
2. 衛生紙或面紙  一張
3. 小型塑膠袋  一個
4. 甘油（Glycerin, C₃H₅(OH)₃）  數滴
5. 表玻璃  一個
6. 化妝用壓瓶（小型）  一瓶
7. 刮勺  一支

原理和概念

● 過錳酸鉀（KMnO₄）與甘油（C₃H₅(OH)₃）的反應是一個激烈的氧化還原反應，並且放出大量的熱。當過錳酸鉀接觸到甘油時，立即發生反應並放出熱量，隨之升高的溫度使液態的甘油汽化成氣態，氣態的甘油易與產物之一的水蒸氣和空氣中的水蒸氣結合，而形成白色煙霧。接著，反應繼續發生，放出更多的熱量，升高更高的溫度，達到甘油的燃點而起火燃燒，此燃燒又繼續放出熱量也使得衛生紙燃燒起來。在此氧化還原反應中，過錳酸鉀為氧化劑，甘油為還原劑。本示範實驗的化學反應如下反應式所示：

14KMnO₄(s) + 4C₃H₅(OH)₃(l) → 7K₂CO₃(s) + 7Mn₂O₃(s) + 5CO₂(g) + 16H₂O(g) + heat

● 過錳酸鉀與濃硫酸反應會生成極具爆炸性的Mn₂O₇，而且過錳酸鉀與純甘油或簡單的醇類也會造成猛烈的燃燒反應。有文獻提到過錳酸鉀與甘油的反應如下反應式所示：

14KMnO₄(s) + 3C₃H₅(OH)₃(l) → 14MnO₂(s) + 14KOH(s) + 9CO₂(g) + 5H₂O(g) + heat

● 用水溶解反應後的固體產物，可以看見綠色溶液（含Mn(VI)）和棕色固體（含Mn(IV)），這個現象證實了此氧化還原反應的產物性質。由於過錳酸鉀中有鉀離子的存在，因此表演時可以觀察到淡紫色的火焰。在反應後，過錳酸鉀可能會留下一褐色污漬，可用亞硫酸氫鈉（NaHSO₃）去除，此去除污漬也是利用氧化還原反應。

● 早期的攝影師使用過錳酸鉀作為閃光粉。由於過錳酸鹽的不穩定性，現在已用其他氧化劑取代之。過錳酸鉀水溶液與T-Stoff（即80%的雙氧水）可以作為Me 163戰鬥機的推進劑。在此應用中，過錳酸鉀被稱為Z-Stoff。這種組合的推進劑有時候仍使用在魚雷上。

● 甘油（Glycerol, glycerin or glycerine）是一個簡單多元醇化合物。這是一個無色、無味、粘性的液體，廣泛應用於藥劑配方。甘油有三個親水的羥基，以致於可溶在水中以及其吸濕的性質。甘油具有甜味和低毒性。甘油的蒸汽壓為10 mmHg（167.2℃）、40 mmHg（198.0℃）、100 mmHg（220.1℃）、400 mmHg（263.0℃），其燃點為160℃（密閉杯）、176℃（開放杯），其沸點為290℃。

教學提示

1. 示範者能夠適當地控制過錳酸鉀和甘油的使用量，反應就可以發生。加上口中「念念有詞」以及施展「內功運氣」的動作，然後產生白色煙霧，最後衛生紙瞬間燃燒起火，達到驚奇的效果，如處在「化學詐騙術」的情境中。。

2. 由於過錳酸鉀為強氧化劑，能夠與甘油發生非常劇烈的反應，具有危險性，因此過錳酸鉀的使用量不可太多。

3. 由於細小晶體的過錳酸鉀之起火燃燒效果比大晶體好很多，因此大晶體需用研缽磨碎。

4. 使用單張或兩張衛生紙包裹過錳酸鉀，與甘油發生反應的時間不同。若以兩張衛生紙包裹，則發生反應的時間過長，不易發生衛生紙瞬間起火燃燒，表演效果不佳。

5. 學生應該對延遲反應時間提出合理的解釋，造成延遲反應的原因為：此反應為放熱反應，而且在剛開始的反應速率較慢，當最初反應的熱量被釋放後，才能加速後來的反應。

6. 舊的甘油可能會因為吸收了水而失去效果。在示範之前，可以先加熱甘油到沸騰，然後冷卻，移除水分，便可以解決這個問題。另一方法使用氧化鈣在甘油中加入氧化鈣也可以移除水分。

7. 本實驗屬高度放熱反應，需在通風良好的場所進行示範。過錳酸鉀固體具強氧化性，必須與被易氧化的物質分離。

8. 示範桌旁可準備一桶水，以便熄火之用。

9. 提醒示範者：現場演示示範實驗所展現的變化現象的臨場感，以及激發互動討論的教學效果，比單純的播放影片好很多。

10. 這個示範實驗剩餘含過錳酸鉀的衛生紙不可保存，必須處理掉或與甘油反應掉。其他的藥品和器材，最好裝在一個標示「在教室中表演化學詐騙術」或放在相似主題的置物箱中備用。

問題與參考答案

1. 此化學詐騙術的表演過程發生什麼驚奇的現象？
答：當老師拿起筆直狀衛生紙後不久冒出白色煙霧。接著，衛生紙瞬間起火燃燒。

2. 此化學詐騙術的表演過程所發生驚奇的現象，其涉及什麼化學原理和概念呢？
答：過錳酸鉀與甘油的反應是一個激烈的氧化還原反應，並且放出大量的熱。當過錳酸鉀接觸到甘油時，立即發生反應並放出熱量，隨之升高的溫度使液態的甘油汽化成氣態，氣態的甘油易與產物之一的水蒸氣和空氣中的水蒸氣結合，而形成白色煙霧。接著，反應繼續發生，放出更多的熱量，升高更高的溫度，達到甘油的燃點而起火燃燒，此燃燒又繼續放出熱量也使得衛生紙燃燒起來。本示範實驗的化學反應如下反應式所示：

14KMnO₄(s) + 4C₃H₅(OH)₃(l) → 7K₂CO₃(s) + 7Mn₂O₃(s) + 5CO₂(g) + 16H₂O(g) + heat