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實驗室的魔法日常

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《實驗室的魔法日常》是由真·鳳舞九天製作的系列科普短片，介紹了實驗室里的有趣實驗。本文對這些實驗的原理進行探究。

第一季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 溫和的火焰 乙醇、水 火焰由燃燒產生，水的蒸發吸走燃燒產生的熱量
2 逆轉熔沸點 鉀、鈉；異戊烷、甲酸甲酯 合金的熔點與各組分的熔點不一樣，共沸物的沸點和各組分的沸點不一樣
3 法老幼蛇 蔗糖、碳酸鈉、葡萄糖酸鈣 一些化合物在燃燒分解的同時會膨脹
4 繚繞的煙 氫氧化鉀、鹽酸羥胺
濃鹽酸、濃氨水
四氯化鈦		 氫氧化鉀和鹽酸羥胺發生反應，生成的羥胺在70°C（無論純態或溶液）都可劇烈分解：[1]
3 NH2OH → NH3 + N2 + 3 H2O

濃鹽酸和濃氨水都極易揮發，它們揮發出的溶質（氯化氫和氨）相遇即可反應，生成白色固體氯化銨：[參 1]

NH3 + HCl → NH4Cl

四氯化鈦極易水解，和空氣中的水蒸氣反應生成TiO2（加合物）。[2]

5 銀基顯影 氯化鈉、硝酸銀 氯化鈉和硝酸銀反應生成白色的氯化銀沉澱，氯化銀在光照下分解，顏色變深
6 多彩的釩 偏釩酸銨、硫酸、草酸、氫碘酸、鋅 釩(V)鹽溶液還原經過不同顏色，至釩(II)化合物
7 凝固的液體 乙酸鈉 乙酸鈉容易形成過飽和溶液，這種過飽和溶液是不穩定的，稍微擾動溶液，溶質便會迅速析出
8 彩虹溶液 利用了不同粒子（離子或分子）在溶液中有不同顏色
9 單色溴鍾
10 延遲點火 高錳酸鉀、丙三醇；過氧化鈉、乙醇 醇類溶劑和固體強氧化劑接觸，經過短時反應後，發生自燃
11 不可能的高度差 丙三醇、四氯化碳 不同物質具有相同（相近）的折射率帶來的視覺誤差
12 鐵磁流體 氯化鐵、硫酸亞鐵、氨水等 反應生成的四氧化三鐵具有鐵磁性

第二季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 氣致沉澱 硫酸銅（五水）、濃氨水 氨水可以揮發出氨，氨在水中可以電離出NH+
4和OH−。當氨接觸硫酸銅溶液時，便發生如下反應：
CuSO4 + 2 NH3·H2O → Cu(OH)2↓ + 2 NH4SO4
這一步反應的原理為氨在水中解離出OH−，與銅離子形成藍色沉澱
Cu(OH)2 + 4 NH3·H2O → [Cu(NH3)4](OH)2 + 4 H2O
這一步反應的原理是氨水中也存在氨分子，可以和銅發生配位，形成深藍色的[Cu(NH3)4]2+離子。
NH3 + H2O ⇌ NH3·H2O ⇌ NH+
4 + OH−
2 單線態氧 鹽酸、高錳酸鉀、過氧化氫、氫氧化鈉、氯化鈉 鹽酸和高錳酸鉀反應，生成氯氣，氯氣通過飽和氯化鈉溶液洗去其中的HCl氣體。氯氣和過氧化氫在鹼性條件下反應，
可以產生單線態氧。單線態氧形成氧分子時，會發出橙紅色光。
3 鉬的藍色 鉬酸銨、鹽酸、鋅粒 鉬酸銨在酸性條件下被鋅還原，產生藍色物質。
4 大象牙膏 過氧化氫、碘化鉀 碘化鉀和過氧化氫反應，在短時間內迅速產生大量泡沫，達到「巨大的牙膏」這一實驗效果：
H2O2 + 2 KI → I2 + 2 KOH[3]
5 鋁熱反應 鋁粉、氧化鐵、鎂條 鋁粉和金屬氧化物的混合物在高溫下可以發生劇烈的氧化還原反應，發出耀眼光芒並放出大量熱，放出的熱可以使生成的金屬熔化：
2 Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2 Fe
6 銀鏡反應 硝酸銀、氨水、氫氧化鈉、葡萄糖
7 讓金屬燃燒 鎂、還原鐵粉、鋼絲絨、鋅
8 指紋檢測 水、四氯化碳、碘
9 狗吠實驗 一氧化二氮、二硫化碳 二硫化碳是一種極易燃的易揮發性液體，一氧化二氮是一種氧化劑，兩者混合可以燃燒。二硫化碳在細管中燃燒並發出類似「狗吠」的聲音：
CS2 + 3 N2O → 3 N2 + CO + SO2 + S
10 將糖類點燃 氯酸鉀、葡萄糖 等
11 福爾馬林時鐘
12 魯米諾的血之熒光

第三季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 愚人金 銅片、鋅粒、氯化鋅、水 通過化學反應得到和金一樣顏色的銅鋅合金。
2 反應中的鐵離子 氯化鐵、硫氰酸鉀、亞鐵氰酸鉀、沒食子酸、氫氧化鈉、苯酚 Fe3+和不同的物質反應，得到不同顏色產物。
3 尼龍 己二胺、癸二酰氯 胺和酰氯反應得到酰胺，己二胺和癸二酰氯分子兩端都可反應，因此可以得到分子量很大的聚合物。
4 火龍寫字 硝酸鉀、水 硝酸鉀是強氧化劑，可以讓紙更易燃燒
5 碘鍾反應（連續） 過氧化氫、丙二酸、硫酸錳、可溶性澱粉、碘酸鉀、硫酸、水
6 碘鍾反應（終止） 碘酸鉀、可溶性澱粉、硫酸、乙醇、亞硫酸鈉
7 溫室效應 碳酸鈣、水 碳酸鈣和水反應生成二氧化碳，來模擬溫室效應：
CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑
8 火山爆發 重鉻酸銨 橙紅色的重鉻酸銨受熱分解，生成綠色物質，反應情況類似於「火山噴發」而得名。
(NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2↑ + 4 H2O
9 煙花的水下燃燒 煙花棒成品 煙花棒的成分已經具備了助燃劑成分，在水中即使沒有氧氣也能燃燒。
10 茶水變「墨水」 氯化鐵、茶水、草酸 氯化鐵和茶水中的鞣酸反應，產生黑色物質，該物質可以被草酸還原
11 毛刷實驗 氯化汞、鋁、水 氯化汞和鋁反應，生成鋁汞齊，破壞了鋁的氧化膜，讓鋁迅速和氧反應而長出白毛：
3 HgCl2 + 2 Al → 2 AlCl3 + 3 Hg
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
12 熱致變色

第四季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 跳動的水銀心
2 用過氧化鈉點火 過氧化鈉、水 過氧化鈉與二氧化碳或者水反應放出大量熱，生成氧氣，使棉花燃燒
3 天然指示劑
4 自燃的硅烷[4] 硅化鎂、水 硅化鎂和水反應生成自燃性的硅烷：
Mg2Si + 4 H2O → SiH4 + 2 Mg(OH)2
SiH4 + 2 O2 → SiO2 + 2 H2O

由於該反應較慢，實驗中加入草酸（生成草酸鎂）來增加反應速率。

5 木質素檢測
6 用檸檬做電池 電化學原理
7 燒瓶中的小噴泉 氯化銨、氫氧化鈉、酚酞 氯化銨和氫氧化鈉反應生成氨氣。氨氣易溶於水，使燒瓶內因負壓吸入水。
8 鎳的色彩
9 小手一抖，水汽爆發！
10 升溫？還是降溫？
11 祝福新春的彩色焰火
12 綠紅黃的極致循環 葡萄糖、氫氧化鈉、靛藍胭脂紅 靛藍胭脂紅為pH指示劑與氧化還原指示劑，待葡萄糖反應完後實驗才會停止

第五季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 手動震盪的藍瓶子
2 製作一朵晴雨花
3 如何製作固體酒精
4 菲林試劑：試管中的「碎磚」
5 震驚！他把海帶燒成了灰，然後
6 硫與金屬的大爆發
7 這實驗是哪個混蛋想的！
8 化學方法的劃手特效
9 鈷的色彩
10 紅糖變白糖，可樂變雪碧~
11 酒駕會綠哦！
12 自古紅藍出CP

第六季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 鐵做的心也會流血哦
2 做點刻蝕液，對鋁傷害加成的那種
3 白花花的人造雪！
4 漂亮易做的針狀晶體
5 曾青得鐵化為銅
6 溶液中的銀雕塑
7 觸手可得的綠色火焰
8 在瓶里點火會發生什麼呢
9 你知道空氣電池麼？
10 閃閃發光的黃金雨
11 花生！牛奶！巧克力！就是不能喝……
12 做一種在光下變色的顏料

第七季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 又黑又粗的東西長出來啦！！

第八季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 水中的乾冰~泡泡冒啊冒~

第九季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 且看銅幣放出璀璨藍光

第十季

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集數 標題 實驗試劑 實驗原理
1 硫的水火二重天

參考文獻

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  1. ↑ Eintrag zu Hydroxylamin, wässrige Lösung in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 10. Januar 2017.
  2. ↑ Vechot, L.; Buston, J.E.H.; Kay, J.; Round, G.A.; Masharani, S.; Tickle, G.A.; Rowlands, R.: Experimental study of the liquid phase hydrolysis reaction of titanium tetrachloride (PDF). In: I. Chem. E. Symp. Series 156 (2011) 238–245.
  3. ↑ 向明禮, 高彥荷, 袁支潤. 重新認識'過氧化氫碘化鉀催化分解'的反應概念與機理[J]. 實驗科學與技術, 2003, 1(2):65-68.
  4. ↑ 本集原名為「爆竹聲中一歲除」，使用五氯乙烷和鉀的反應，但因為過於危險，改成了此實驗

腳註

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  1. ↑ 參見實驗:氯化銨的製備及性質實驗
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