是否看过魔术师表演时燃烧的火焰,会在一瞬间便无痕迹。魔术师用的俗称火纸(或是火棉),是将纸或棉花硝化后,会一瞬间燃烧,产生惊奇的效果。

一、实验目的:
1. 了解硝化反应的原理。
2. 学会製作硝化纤维素的方法。

二、实验原理:
1. 硝化反应(Nitraion):硝化是一种是将硝基(-NO2)引入有机化合物分子的过程。

2. 常用的硝化剂主要有浓硝酸、发烟硝酸、或是脱水剂配合硝化剂如浓硝酸和浓硫酸的混合物。
硝化的过程为:硝酸的-OH基被质子化生成-OH2+,接着被脱水剂脱去一分子的水形成硝醯正离子(nitronium ion,NO2+)中间体,最后和苯环行亲电芳香取代反应。(图一)硫酸为催化剂。

化学示範实验:硝化棉(Nitrocellulose)

硝化棉(Nitrocellulose)又称为硝化纤维,为纤维材料如棉花等浸泡在浓硝酸与浓盐酸混合液中製得。

三、实验仪器及器材:

化学示範实验:硝化棉(Nitrocellulose)

四、实验步骤:
1. 在250 mL的锥形瓶中,放入25 mL的浓硝酸,冰浴下将44 mL的浓硫酸缓慢逐滴加入锥形瓶(缓慢倒入并在冰水中慢慢摇晃均匀,注意不要让溶液溅出)。
2. 将脱脂棉边撕小块边放入所调製的混和酸中,用玻棒将棉花中的空气挤压出去,使混和酸充分浸湿整块棉块,让脱脂棉完全浸入混合酸里。
3. 将封口用铝箔封住, 反应20 ~ 30分钟,此酸可以使用2~3次。
4. 水槽中放入足够的水,将脱脂棉用玻棒挤掉其中的混合酸,再将脱脂棉于水槽中充分清洗(确保其为中性)。
5. 风乾棉花,待其乾燥即可使用。

五、备注:
1. 混合酸在製造及脱脂棉在浸泡取出时,会有一氧化氮产生,请小心请勿吸入。并在通风的地方製作。
2. 硫酸及硝酸为强酸,故请注意自身安全,请戴手套、安全眼镜及穿着实验衣。
3. 在混合酸时会放出大量的热量,所以请使用冰浴,以避免温度过高使烧杯爆炸,而使强酸泼溅出去。
4. 製作出的硝化棉自然乾燥,不可在高温下烘乾会引起燃烧,乾燥温度不能高于60度。

实验照片:
1. 酸添加(请戴手套及穿着实验衣)
化学示範实验:硝化棉(Nitrocellulose)

2.冷却混合

化学示範实验:硝化棉(Nitrocellulose)

3.正在硝化反应中

化学示範实验:硝化棉(Nitrocellulose)

4.室温乾燥中

化学示範实验:硝化棉(Nitrocellulose)

5. 硝化棉的燃烧

化学示範实验:硝化棉(Nitrocellulose)

参考资料:
1. 左卷健男 编着,萧衍繁、黄瑞金 译,《爱上化学实验课(下)》,第180页至第181页,世茂出版社,2005年7月14日。
2. 叶名仓 主编,《高中选修化学(下册)》(95暂纲),第112页至第113页,南一书局,2010年2月。
3. WIKIPEDIA网站–Nitration  http://en.wikipedia.org/wiki/Nitration
4. WIKIPEDIA网站–硝化纤维  http://zh.wikipedia.org/zh/硝化纤维

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