氣體發生器與氣體作功
明道高中 程明亮
利用一些可回收及不可回收物品，如優酪乳罐、寶特瓶、
空原子筆桿、原子筆塑膠頭等做為材料，設計簡易的二氧化 碳氣體發生器進行實驗，一方面了解酸雨可以腐蝕大理石，
並產生氣體；另方面可從實驗過程中，親見氣體擁有作功的 能力，比比看，那一組氣體是超級舉重高手；或者那一組氣 體產生的噴泉，可以噴得最高。
原理：
碳酸鹽與酸作用均能產生二氧化碳氣體，故此一裝置可稱為 氣體發生器，其反應方程式如下：
CaCO3(s)＋2H+(aq) → Ca2+(aq)＋CO2(g)＋H2O
將二氧化碳以導管通入水中，二氧化碳先溶於水，俟飽和後逸出水 面，造成水面上之氣體逐漸增多，利用氣體產生壓力推動注射筒之活 塞，來說明氣體有作功的能力。若在活塞上端加一些砝碼時，氣體推 動活塞之速率將減緩，好像舉重選手一樣。在未加砝碼前，水中逸出 的二氧化碳冒泡速率本來很快，加上砝碼後顯著變慢，最後再將砝碼 移開時，冒泡又變快，可用此現象說明汽水開瓶後大量冒泡的情況。
再則，稍加改變寶特瓶中的管路設計，可讓產生的氣體加壓於水面，
使水中的管柱產生噴泉效果，看看哪一組設計的噴泉，可以噴得最高。
材料：
200 及 250 毫升優酪乳瓶 各 1 個 寶特瓶(300 毫升) 1 個 9 號單孔橡皮塞 1 個 9 號雙孔橡皮塞 1 個 7 號矽膠雙孔塞 1 個 空原子筆桿 2 支 空原子筆塑膠頭 2 個 橡皮管 15 ㎝ 、10 ㎝ 各 2 條 滴定管夾 1 個 6M HCl 100 毫升 大理石 30 克 60 毫升注射筒 1 支 空錄音帶盒 1 個 砝碼組 1 盒做法：
1. 先將空原子筆塑膠頭旋入 9 號單孔塞，再以空原子筆桿及 另一空原子筆塑膠頭旋入 9 號雙孔塞，並以 15 公分長之橡 皮管連接兩邊的空原子筆塑膠頭，用滴定管夾夾在橡皮管
中間。
2. 將另一根空原子筆桿旋入矽膠雙孔塞之大孔，再把 60 毫 升塑膠注射筒倒插入矽膠雙孔塞之小孔，再以 15 公分長 之橡皮管，連接兩邊的空原子筆桿，所有裝置必須密合，
以免漏氣。
3. 將在穿過矽膠塞大孔之原子筆桿另一端，接上 10 公分長之 橡皮管，以便二氧化碳可經由橡皮管進入水中，產生可見 之氣泡。
4. 取 280 毫升自來水加入 300 毫升寶特瓶中，再以 7 號矽膠 塞塞緊，用雙面膠使空錄音帶盒穩固地黏貼在塑膠注射筒 的推桿上。
5. 在 250 毫升優酪乳空瓶中，加入 30 公克大理石，以 9 號雙 孔塞塞緊，避免漏氣。
6. 最後將 100 毫升鹽酸加入另一 200 毫升優酪乳空瓶中，立 即以 9 號單孔塞塞緊，如此完成整個氣體發生器及氣體作功 的裝置。
7. 將滴定管夾移動至９號單孔塞之原子筆頭處，使管路形成 通路，將裝有鹽酸的瓶子提高，逐次加入大理石中，再移動 夾子，夾在橡皮管中間，以免產生的氣體回流。
8. 二氧化碳氣體逐漸產生而進入寶特瓶中，由水中開始冒出 氣泡可以得知，並確定整套裝置沒有漏氣。
9. 當二氧碳開始充滿於水面上之空間時，氣體壓力逐漸增 大，最後將推動注射管中之活塞。此時冒泡速率顯著加快。
10.在注射管推桿上的空塑膠盒上加一 500 克砝碼，看看寶特瓶 中氣體冒泡速率有何變化？再將砝碼移去，看看氣體冒泡速 率是變快、變慢或不變？
動腦想一想：
1.
寶特瓶中橡皮管所冒氣泡速率與所加砝碼重量有密切關 係，此現象可用什麼定律解釋？2.
如果要將寶特瓶內的裝置改裝成一噴泉設計，想一想該如 何改裝？3.
要使噴泉噴得高，除了氣體壓力的因素之外，還有什麼因 素？
注意事項：
注意臉不要靠近瓶口正上方，以免臉被彈開的橡皮塞打到。
