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实验室的魔法日常

《实验室的魔法日常》是由真·凤舞九天制作的系列科普短片，介绍了实验室里的有趣实验。本文对这些实验的原理进行探究。

第一季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 温和的火焰 乙醇、水 火焰由燃烧产生，水的蒸发吸走燃烧产生的热量
2 逆转熔沸点 钾、钠；异戊烷、甲酸甲酯 合金的熔点与各组分的熔点不一样，共沸物的沸点和各组分的沸点不一样
3 法老幼蛇 蔗糖、碳酸钠、葡萄糖酸钙 一些化合物在燃烧分解的同时会膨胀
4 缭绕的烟 氢氧化钾、盐酸羟胺
浓盐酸、浓氨水
四氯化钛		 氢氧化钾和盐酸羟胺发生反应，生成的羟胺在70°C（无论纯态或溶液）都可剧烈分解：[1]
3 NH2OH → NH3 + N2 + 3 H2O

浓盐酸和浓氨水都极易挥发，它们挥发出的溶质（氯化氢和氨）相遇即可反应，生成白色固体氯化铵：[参 1]

NH3 + HCl → NH4Cl

四氯化钛极易水解，和空气中的水蒸气反应生成TiO2（加合物）。[2]

5 银基显影 氯化钠、硝酸银 氯化钠和硝酸银反应生成白色的氯化银沉淀，氯化银在光照下分解，颜色变深
6 多彩的钒 偏钒酸铵、硫酸、草酸、氢碘酸、锌 钒(V)盐溶液还原经过不同颜色，至钒(II)化合物
7 凝固的液体 乙酸钠 乙酸钠容易形成过饱和溶液，这种过饱和溶液是不稳定的，稍微扰动溶液，溶质便会迅速析出
8 彩虹溶液 利用了不同粒子（离子或分子）在溶液中有不同颜色
9 单色溴钟
10 延迟点火 高锰酸钾、丙三醇；过氧化钠、乙醇 醇类溶剂和固体强氧化剂接触，经过短时反应后，发生自燃
11 不可能的高度差 丙三醇、四氯化碳 不同物质具有相同（相近）的折射率带来的视觉误差
12 铁磁流体 氯化铁、硫酸亚铁、氨水等 反应生成的四氧化三铁具有铁磁性

第二季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 气致沉淀 硫酸铜（五水）、浓氨水 氨水可以挥发出氨，氨在水中可以电离出NH+
4和OH−。当氨接触硫酸铜溶液时，便发生如下反应：
CuSO4 + 2 NH3·H2O → Cu(OH)2↓ + 2 NH4SO4
这一步反应的原理为氨在水中解离出OH−，与铜离子形成蓝色沉淀
Cu(OH)2 + 4 NH3·H2O → [Cu(NH3)4](OH)2 + 4 H2O
这一步反应的原理是氨水中也存在氨分子，可以和铜发生配位，形成深蓝色的[Cu(NH3)4]2+离子。
NH3 + H2O ⇌ NH3·H2O ⇌ NH+
4 + OH−
2 单线态氧 盐酸、高锰酸钾、过氧化氢、氢氧化钠、氯化钠 盐酸和高锰酸钾反应，生成氯气，氯气通过饱和氯化钠溶液洗去其中的HCl气体。氯气和过氧化氢在碱性条件下反应，
可以产生单线态氧。单线态氧形成氧分子时，会发出橙红色光。
3 钼的蓝色 钼酸铵、盐酸、锌粒 钼酸铵在酸性条件下被锌还原，产生蓝色物质。
4 大象牙膏 过氧化氢、碘化钾 碘化钾和过氧化氢反应，在短时间内迅速产生大量泡沫，达到“巨大的牙膏”这一实验效果：
H2O2 + 2 KI → I2 + 2 KOH[3]
5 铝热反应 铝粉、氧化铁、镁条 铝粉和金属氧化物的混合物在高温下可以发生剧烈的氧化还原反应，发出耀眼光芒并放出大量热，放出的热可以使生成的金属熔化：
2 Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2 Fe
6 银镜反应 硝酸银、氨水、氢氧化钠、葡萄糖
7 让金属燃烧 镁、还原铁粉、钢丝绒、锌
8 指纹检测 水、四氯化碳、碘
9 狗吠实验 一氧化二氮、二硫化碳 二硫化碳是一种极易燃的易挥发性液体，一氧化二氮是一种氧化剂，两者混合可以燃烧。二硫化碳在细管中燃烧并发出类似“狗吠”的声音：
CS2 + 3 N2O → 3 N2 + CO + SO2 + S
10 将糖类点燃 氯酸钾、葡萄糖 等
11 福尔马林时钟
12 鲁米诺的血之荧光

第三季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 愚人金 铜片、锌粒、氯化锌、水 通过化学反应得到和金一样颜色的铜锌合金。
2 反应中的铁离子 氯化铁、硫氰酸钾、亚铁氰酸钾、没食子酸、氢氧化钠、苯酚 Fe3+和不同的物质反应，得到不同颜色产物。
3 尼龙 己二胺、癸二酰氯 胺和酰氯反应得到酰胺，己二胺和癸二酰氯分子两端都可反应，因此可以得到分子量很大的聚合物。
4 火龙写字 硝酸钾、水 硝酸钾是强氧化剂，可以让纸更易燃烧
5 碘钟反应（连续） 过氧化氢、丙二酸、硫酸锰、可溶性淀粉、碘酸钾、硫酸、水
6 碘钟反应（终止） 碘酸钾、可溶性淀粉、硫酸、乙醇、亚硫酸钠
7 温室效应 碳酸钙、水 碳酸钙和水反应生成二氧化碳，来模拟温室效应：
CaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑
8 火山爆发 重铬酸铵 橙红色的重铬酸铵受热分解，生成绿色物质，反应情况类似于“火山喷发”而得名。
(NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2↑ + 4 H2O
9 烟花的水下燃烧 烟花棒成品 烟花棒的成分已经具备了助燃剂成分，在水中即使没有氧气也能燃烧。
10 茶水变“墨水” 氯化铁、茶水、草酸 氯化铁和茶水中的鞣酸反应，产生黑色物质，该物质可以被草酸还原
11 毛刷实验 氯化汞、铝、水 氯化汞和铝反应，生成铝汞齐，破坏了铝的氧化膜，让铝迅速和氧反应而长出白毛：
3 HgCl2 + 2 Al → 2 AlCl3 + 3 Hg
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
12 热致变色

第四季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 跳动的水银心
2 用过氧化钠点火 过氧化钠、水 过氧化钠与二氧化碳或者水反应放出大量热，生成氧气，使棉花燃烧
3 天然指示剂
4 自燃的硅烷[4] 硅化镁、水 硅化镁和水反应生成自燃性的硅烷：
Mg2Si + 4 H2O → SiH4 + 2 Mg(OH)2
SiH4 + 2 O2 → SiO2 + 2 H2O

由于该反应较慢，实验中加入草酸（生成草酸镁）来增加反应速率。

5 木质素检测
6 用柠檬做电池 电化学原理
7 烧瓶中的小喷泉 氯化铵、氢氧化钠、酚酞 氯化铵和氢氧化钠反应生成氨气。氨气易溶于水，使烧瓶内因负压吸入水。
8 镍的色彩
9 小手一抖，水汽爆发！
10 升温？还是降温？
11 祝福新春的彩色焰火
12 绿红黄的极致循环 葡萄糖、氢氧化钠、靛蓝胭脂红 靛蓝胭脂红为pH指示剂与氧化还原指示剂，待葡萄糖反应完后实验才会停止

第五季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 手动震荡的蓝瓶子
2 制作一朵晴雨花
3 如何制作固体酒精
4 菲林试剂：试管中的“碎砖”
5 震惊！他把海带烧成了灰，然后
6 硫与金属的大爆发
7 这实验是哪个混蛋想的！
8 化学方法的划手特效
9 钴的色彩
10 红糖变白糖，可乐变雪碧~
11 酒驾会绿哦！
12 自古红蓝出CP

第六季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 铁做的心也会流血哦
2 做点刻蚀液，对铝伤害加成的那种
3 白花花的人造雪！
4 漂亮易做的针状晶体
5 曾青得铁化为铜
6 溶液中的银雕塑
7 触手可得的绿色火焰
8 在瓶里点火会发生什么呢
9 你知道空气电池么？
10 闪闪发光的黄金雨
11 花生！牛奶！巧克力！就是不能喝……
12 做一种在光下变色的颜料

第七季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 又黑又粗的东西长出来啦！！

第八季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 水中的干冰~泡泡冒啊冒~

第九季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 且看铜币放出璀璨蓝光

第十季

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集数 标题 实验试剂 实验原理
1 硫的水火二重天

参考文献

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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. ↑ 向明礼, 高彦荷, 袁支润. 重新认识'过氧化氢碘化钾催化分解'的反应概念与机理[J]. 实验科学与技术, 2003, 1(2):65-68.
  4. ↑ 本集原名为“爆竹声中一岁除”，使用五氯乙烷和钾的反应，但因为过于危险，改成了此实验

脚注

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  1. ↑ 参见实验:氯化铵的制备及性质实验
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