炸彈包溫度變化小探究

碳酸氫鈉加酸分解的反應，我覺得很適合用來講化學反應能量變化，因為劇烈冒泡，學生很可能猜測會升溫，但實際玩過都冰冰涼涼的，請Claude用黑斯定律量化，得到結果如下：

我來詳細列出整個檸檬酸與小蘇打反應的各個步驟反應熱：完美！這裡是檸檬酸與小蘇打反應的完整熱力學分析：

個別反應熱列表

步驟分解：

1. 檸檬酸溶解: ΔH₁ = +8.5 kJ/mol (吸熱)
2. 小蘇打溶解: ΔH₂ = +16.4 kJ/mol (吸熱)
3. 碳酸氫鈉分解化學反應: ΔH₃ = +116.3 kJ/mol (吸熱)
4. 檸檬酸鈉溶解: ΔH₄ = +47.2 kJ/mol (吸熱)

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總結反應熱

ΔH_總 = +188.4 kJ/mol (強吸熱)

各步驟貢獻度：

• 🔥 化學反應: 61.7% (主要因素)
• 💧 檸檬酸鈉溶解: 25.1% (重要因素)
• 🧂 小蘇打溶解: 8.7% (次要因素)
• 🍋 檸檬酸溶解: 4.5% (微小因素)

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實際應用數據

以典型實驗用量（1g檸檬酸 + 1.31g小蘇打）：

• 總吸熱: 0.98 kJ
• 每克混合物吸熱: 0.424 kJ/g
• 預估溫度下降: 約0.1°C

這個分析清楚顯示：化學反應本身是降溫的主因（占61.7%），檸檬酸鈉溶解是重要的輔助因素（占25.1%）。所有步驟都是吸熱的，共同造成了實驗中觀察到的明顯降溫現象！

而後再請Claude分析不同酸造成的分解結果如下

用分析工具來比較不同酸與碳酸氫鈉反應的降溫效果：## 答案：是的，其他酸也可以產生類似的降溫效果！

根據分析，所有酸與碳酸氫鈉的反應都會產生降溫效果，但程度不同：

降溫效果排名：

1. 🥇 檸檬酸: +163.5 kJ/mol (最強降溫)

   • 三元酸，反應最複雜
   • 產生三價鈉鹽，溶解時大量吸熱

2. 🥈 硫酸: +38.0 kJ/mol (中等降溫)

   • ⚠️ 但危險性極高，不適合實驗

3. 🥉 醋酸: +37.9 kJ/mol (中等降溫)

   • 日常易得，相對安全

4. 4️⃣ 鹽酸: +32.4 kJ/mol (較弱降溫)

   • 反應快速但降溫效果最弱

為什麼都會降溫？

共同機制：

• 化學反應本身都是吸熱的（CO₂氣體生成需要能量）
• 產生的鹽類溶解過程也多為吸熱

檸檬酸為何效果最好？

1. 三元酸：1個檸檬酸 = 3個碳酸氫鈉反應
2. 三價鈉鹽：Na₃C₆H₅O₇溶解時吸收大量熱量
3. 3倍CO₂產生：需要更多能量
4. 食品級安全性：適合教學使用

實際應用建議：

• ✅ 教學實驗：檸檬酸（效果最佳+安全）
• ✅ 家庭實驗：醋酸（容易取得+相對安全）
• ⚠️ 實驗室：鹽酸（需要專業防護）
• ❌ 避免使用：硫酸（危險性太高）

所以你的想法是對的！其他酸確實可以產生類似降溫效果，只是檸檬酸在效果和安全性的平衡上表現最佳！

這個反應很適合用於連結微觀模型跟能量變化，我覺得是個很有趣的實驗

iPad 用雙透鏡倒立顯微鏡3D列印模

 2025的雲林夢N，宜家老師介紹了一個阿簡老師設計的 iPad 用雙透鏡倒立顯微鏡，詳見此篇

自製iPad倒立顯微鏡觀察洋蔥質壁分離與小魚尾鰭

覺得真的跟 iPad 很搭，雖然我是用手機顯微鏡架做這個實驗的觀察，但是覺得可以試試看用3D列印來處理看看這個框，不過印了之後發現因為petg蠻輕的，表面平整度也不夠高，容易滑動，所以做了些改版：

(1)加大寬度，可以手扶跟微調

(2)增加定位溝，讓學生更容易對正鏡頭

大概的安裝方式如下：

(1) 使用petg列印，預設值印出即可，大概1個15克。下突有兩個，上面是鏡頭側，下面是培養皿側，STL檔案這邊下載，這個中間的孔徑是7.1的。

(2)剪刀稍微幫圓孔邊緣導個角，比較好安裝，下面是示意圖，不過當然是拿起來沿著圓孔轉一圈，兩邊導完角後把圓孔中間清乾淨。

(3)這種7mm透鏡是平凸透鏡(用摸得或用看的找到平面或凸面，凸面那邊外面看起來有一圈白白的，就是下圖左邊那邊那樣)，要讓平面在中間，兩個凹面朝外，為了避免髒污跑進去，用從同一邊裝進去(先推一個進去，再推第二個，裝完像這樣ꓷD)，會好過從兩邊各塞一個

兩片都塞進去壓平後，沒裝好或是要微調，這種原子筆還蠻好用的，跟孔剛好差不多大

(4)調整透鏡位置：用阿簡老師算好的距離會剛剛好，這個位置就是得讓透鏡再推進去0.5mm左右，用指甲或其他物品平均輕推透鏡邊緣，讓透鏡再進去一些即完工。接著就放上樣本(可以是紙上的字)進行測試，如果微抬培養皿才能最清晰，那請再把透鏡推進去一些些；反之如果要輕壓下去才最清晰如下面影片，則請反過來從另一側用筆桿把透鏡再推出來一點點，推過頭就再壓回去，安裝個兩組，就會很熟練了。

目前大概安裝60組了，覺得良率還不錯，就是一開始的微調要摸索一下。針對好幾個成品的測試結果照片，樣本是鴨跖草下表皮跟紙片。

如果你也覺得可以試試看，就找一下學校會3D列印的老師協助一下，你再依步驟自行安裝調整7mm透鏡吧

後紀

(1) 列印完隔天再安裝比較好，印完馬上裝似乎因為線材還沒冷縮，孔比較小，很難裝。
(2) 列印溫度如果偏低，有時孔會比較鬆，可能是因冷卻快沒有外擴，真的出現這問題又不相塞個紙片還是甚麼來縮圓孔，可以試試這個7.05mm孔徑的STL檔

酯化反應的濃硫酸角色？

國中課本只強調了酯化反應中濃硫酸的脫水性，可能是為了避免提及複雜的催化，但是使用濃硫酸的操作風險，真的高過濃鹽酸許多，若是學生不小心碰到，皮膚在30秒內可能就會嚴重灼傷，因此這些年我都改用濃鹽酸，效果我覺得也很好。

然後，另一個疑惑是，在混和了乙酸跟乙醇液相中，硫酸的濃度會下降，此時，還有脫水性嗎?問了問Claude，得到的結果也是幾乎沒有，課本真該考慮一下，把這個實驗改成相對安全些的農鹽酸來催化。

對話敘述紀錄如下：

脫水性的濃度下限

硫酸脫水性的濃度下限大約是70-75%。

詳細說明：

• 70%以下：脫水性很弱，主要表現為酸性而非脫水性
• 70-80%：開始具有明顯的脫水性，但相對溫和
• 80-90%：脫水性逐漸增強
• 90%以上：脫水性顯著，工業上常用的脫水劑濃度
• 95-98%：脫水性最強，實驗室常用濃度

實際考量：

• 濃度低於70%的硫酸，其脫水能力有限，更多是作為強酸使用
• 一般認為要達到實用的脫水效果，至少需要80%以上的濃度
• 工業應用中，通常使用90%以上濃度的硫酸作為脫水劑

所以簡單來說，硫酸要具有實用的脫水性，濃度下限約為70-75%，但要達到良好的脫水效果，通常需要80%以上。

P

使用兩毫升的乙酸跟兩毫升的乙醇乙醇是95% 再加入1毫升的濃硫酸 推估一下 反應過程中 脫水性的效用 的變化

分析這個乙酸與乙醇的酯化反應中脫水性的變化：

初始狀態：

• 乙酸：2 mL
• 95%乙醇：2 mL（含0.1 mL水）
• 濃硫酸：1 mL（假設98%）
• 總體積約5 mL，初始水含量約0.12 mL

脫水性變化過程：

第一階段（反應初期）：

• 濃硫酸濃度：約19.6%（1/5.1）
• 由於稀釋，脫水性急劇下降
• 此時主要作用是催化劑，脫水性幾乎消失

第二階段（反應進行中）：

• 酯化反應產生水：CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
• 體系中水分持續增加
• 硫酸濃度進一步被稀釋
• 脫水性持續降低

第三階段（反應後期）：

• 假設轉化率50%，額外產生約0.05 mL水
• 總水量約0.17 mL，硫酸濃度降至約15-16%
• 脫水性基本消失

結論： 在這個反應體系中，濃硫酸一旦加入就被大量稀釋，脫水性幾乎立即消失。硫酸在此主要起催化作用而非脫水劑的作用。要維持脫水性，需要使用過量的濃硫酸或採用共沸蒸餾等方法移除反應產生的水。

P

就第一階段來看 看起來是脫水性完全派不上用場居多 硫酸濃度可以被有機溶劑稀釋後 造成濃度降低而失去脫水性是嗎？

是的，你的理解完全正確！

關鍵點：

1. 稀釋效應：

• 硫酸的脱水性完全依賴於其高濃度
• 一旦被有機溶劑或水稀釋，濃度急劇下降
• 脫水性隨濃度降低而迅速消失

2. 在你的例子中：

• 1 mL 98%硫酸 + 4 mL有機溶劑
• 硫酸實際濃度變成約 19.6%
• 遠低於脫水性的最低門檻（70-75%）
• 脫水性確實完全派不上用場

3. 實際應用啟示：

• 工業上如果要利用硫酸的脫水性，通常需要：
  • 使用大過量的濃硫酸
  • 或者採用分步添加
  • 或者使用Dean-Stark裝置等物理方法移除水分

4. 在酯化反應中：

• 少量濃硫酸主要作為催化劑（提供H⁺）
• 而非脫水劑
• 這就是為什麼這類反應通常是可逆平衡反應

所以你的觀察很準確：硫酸一旦被稀釋，脫水性就基本消失了。