全國中小學科展

國中組

破解電解質的密碼—電解對沸點與熔點的影響

我們蒐集了很多資料,知道電解質在電解時會影響水溶液的熱力學性質(電解質水溶液之熔點下降、沸點上升),我們發現對電解質水溶液通電會使沸點與熔點越接近原本沒加電解質的狀態,而且還會使電解質水溶液達到沸點與熔點的時間縮短10%以上(如表一)。若在蒸乾電解質水溶液時通電,可縮短蒸乾時間並節省約10%的能量,對於節約能源有很大的幫助。這些現象可應用在海水淡化及其他工業上。

以自治簡易裝置改良假酒中甲醇的定性及定量分析

誤飲假酒造成中毒事件,一直是近期層出不窮的社會事件,因此假酒也正引發酒類使用者的安全問題。酒類的主要成分為乙醇俗稱酒精,而假酒就是以伴隨有不少甲醇的工業酒精為原料(國中理化第十章)仿冒真酒,飲用後若不能及時有效的治療,常引起失明甚至喪命的後果。一般酒類中也含有少量的甲醇,但只要不超過國家規定40毫克/100毫升的界線,相當於400ppm(資料來源:藥檢局),就不至於影響健康,因此我們極希望找到一個簡易的檢測低濃度甲醇的方法來保障國人的安全。

揭開銅翼眥木蜂及跳小蜂的神秘生活史

從103年春天起,密集觀察銅翼眥木蜂(Xylocopa tranquebarorum (Swederus, 1787))築巢情形,幼齡期約16.5天;初蛹期為乳黃色,約9.6 ± 1.1天後變為黑色蛹,全蛹期約需18.7 ± 0.7天。 羽化後在巢內等待翅膀變硬時,需藉由滑動及亞成蟲之間的抱抱、翻滾讓碎屑清理乾淨。從羽化到離巢約需7~14天,從鑿巢洞至亞成蟲離巢約需2個月。 研究發現部分木蜂幼蟲被長索跳小蜂(Anagyrus)寄生,幼蟲被寄生率24.7%(N=166)。寄生的跳小蜂體長為1.94 ± 0.41 mm(N=40),每隻被寄生的木蜂幼蟲體內的跳小蜂約有665 ± 237隻(N=20)。 銅翼眥木蜂的繁殖前期、中期及後期幼蟲的被寄生率0.0%、5.9%及32.2%。11月中旬,銅翼眥木蜂及跳小蜂的族群數量達到高峰,木蜂的族群受到跳小蜂的抑制,同時也進入度冬期。

豐中附近溪流水質探測

近年來,由於人口的劇增與工業的加速發展,「水」在人類生活上更佔了非常重要的地位,在人們多方面無限制的使用下,溪流由於受到工業廢水,化學肥料,農藥、垃圾、糞便的污染,自然環境也遭受了破壞,而且更嚴重的影響人們的健康,就拿永久硬水來說,因水中含有鈣鎂的硫酸鹽或氯鹽,此種硬水不因加熱而受影響,飲入人體時若含量過高,則易得「腎結石」,在工業上更由於處理不當,更易使鍋爐造成爆炸,而威脅到人類生命的安全,氯在污水中更是一種重要的無機陰離子,其形式並未改變,由於工業廢水之排入也可能使氯含量增高,故我們用採取天然水試樣的方法,利用Mohr之方法定量氯,並研究其分佈情形,使我們瞭解水污染的定義及情形,化學需氧量之值,能迅速提供河川和工業廢水方面之重要資料,所以我們以豐中附近的水質作一個探測,試驗其是否適於工業用、洗衣物,或食用進而探討污染因素,促使大家建立愛水、惜水以維護環境清潔的正確觀念。

力爭向上的水滴

我們整個研究的主題,是利用板子振動的方式,使板子上的水滴往高處方向移動。實驗發現水滴向上爬升的速率與板子的振動頻率有關,接著我們增加板子的重量,結果讓水滴產生最大爬升速率的振動頻率反而降低。實驗裡,可以向上爬升的水滴直徑都超過0.2cm,水滴太小或太大都會造成爬升速率較慢或者不會有爬升的效果。另外也發現,採用不同成份液體做為爬升的液滴,會有不同的爬升速率,代表表面張力在水滴爬升的過程中,扮演很重要的角色。把水滴滴在塑膠、不鏽鋼金屬及銅金屬等三種不同的表面上,發現水滴會有不同的爬升速率,表示水滴與接觸面材質之間的附著力會影響水滴的爬升。我們也對液滴向上爬升的現象,進行攝影分析,並提出了解釋。

校園中的忍者泡泡蟬-嗜菊短頭脊沫蟬的研究

嗜菊短頭脊沫蟬是在台灣分佈很廣且在我們校園中常見的昆蟲,因有很好的偽裝常常被忽略,我們希望這個研究讓大家認識『嗜菊短頭脊沫蟬』,及他們適應環境的方式。嗜菊短頭脊沫蟬屬植食性昆蟲,利用刺吸式口器吸食植物汁液,在本校主要寄主植物是過江藤(多年生的匍匐性草本植物),整個生活週期歷經卵、若蟲、成蟲屬於不完全變態昆蟲,沫蟬若蟲會以泡沫包裹全身用以防禦敵人,泡沫的位置分佈和齡別有關,調查泡沫分佈位置和植物莖的寬度也呈現負相關,研究發現過江藤植物莖的木質部和樹皮的距離呈現越往下距離越長,所以本種昆蟲若蟲隨齡別增長而有逐步分散至附近植物莖的基部取食的現象,與若蟲喙部隨齡期增長有關。沫蟬的泡沫具有防禦的功能,利用泡沫的黏性使昆蟲掉落其中,無法行動但不會立即死亡,進行生物觀察實驗時我們可以利用這種黏性特性固定昆蟲進行觀察。

微觀化學

為了比較傳統型和微型化學裝置的差異,我們設計微型化學反應裝置,並探討其實用及環保方面的問題,我們在顯微鏡底下,觀察化學反應的沉澱結晶及電解反應,嘗試以各項變因(溫度、濃度、聲波…等)來觀察其結晶的形態。我們已成功地將用量減少至0.04ml,也以微觀的角度觀察化學反應的過程。在實驗中發現到反應進行時粒子會不斷流動,經查證後為愛因斯坦所提的布朗運動,並且測得琉顆粒的直徑大小約4.2~6.7微米。本實驗成功地將顯微鏡應用在化學領域上,若將此實驗推廣,可達到汙染少、時間短、用量少的目的。這是邁向化學微觀世界,另一種創新嘗試的方法。

逃離殺人漩渦

透過研究漩渦的構造,並建立一個裝置來模擬縮小的漩渦,實驗當我們遇到漩渦時該如何自處才能提高獲救的機會?以及有沒有穿救生衣對我們遇到漩渦時脫離的時間有沒有什麼影響。

空氣浮力對我們所產生的影響-兼談各種氣體分子量的求法

從上國中二年級開始,最喜歡的課程就是化學了。每次做實驗總是被各種奇異的化學現象深深吸引住,腦中不斷地想著為什麼這樣,為什麼那樣,心中也不停的尋找合理的解釋。雖然常常疑惑叢生,不知其所以然。但是最後經過老師的整理和解釋,都能茅塞頓開,了然於胸。由於從“做中學”每次實驗都能留下深刻的印象!化學第一冊第六章開始,我們學習到利用亞佛加厥學說,來求各種氣體的分子量。但是課本上所設計的 6-3 實驗,其步驟和計算方法(註 1. )卻使我們加入五里霧中,始終搞不清楚?為什麼:(充滿二氧化碳的塑膠袋重)減去 ( 塑膠袋的重),不等於二氧化碳的重?為什麼還要加上(空氣的密度乘上塑膠袋充滿氣體的體積)所求出的重,才是真正二氧化碳的重量呢?雖然這些問題到了二年級下學期,開始學到阿基米得的浮力原理時,便都能迎刃而解。但是當時尚無此觀念,任憑老師說破了嘴,大家依然迷迷糊糊。現在二年級的學弟們馬上又要學到亞佛加厥學說了。為了讓他們不再重蹈“疑陣”,我們幾個實驗室的工讀生,便興起研究一種可以讓學弟們容易接受的分子量求法,以及擺脫浮力對我們所產生的困擾。6-3 的實驗,還談到實驗所用的氧氣、二氧化碳,必須使用鋼筒裝的。一般鄉下地區,根本買不到。況且學校也沒有這種經費。我們既然已經學過氧氣、氫氣、二氧化碳、氯化氫 · · · … … 等多種氣體的實驗室裝備方法,何不先收集一些氣體,讓學弟們可以順利的進行,方便而不昂貴的實驗。然而自行收集的氣體會不會比鋼筒裝的氣體,產生較大的誤差和不便?能不能克服呢?再者,課本只做氧氣和二氧化碳的比較,能不能多做幾種?讓同學對亞佛加厥的學說能更加認識和了解。6-3 實驗的後面曉卜個“空氣的密度表”(註 Z )裹面的密度資料是怎樣跑出來的?以我們現有的知識設備,有沒有自己可以算出來的方怯?以期更適合我們四週環境的壓力和溫度。以上種種的原因,使我們對一個原本平淡的小實驗,引起了無窮的興趣和迫不及待想著手探討的衝動!

瓶水相逢-十三瓶酒的裝置藝術

這次的研究,是由文藝復興時期的一個藝術作品所延伸出來的,只要在底層擺放三瓶酒瓶,並且其中兩瓶緊貼兩端,則依序放入十三瓶酒後,將會使得最頂層的三瓶酒一樣高。首先,我們先試著討論出擺放13瓶酒會造成等高的正確性,並且利用他的規律性,討論出向上推疊的基本型擺放的規律。接著將基本型旋轉90度後,可以延伸討論出底層為若干瓶的推廣型之規律性。最後再結合基本型與推廣型,發展出最終型的規律變化。最後總結我們找出的規律性,將它推導出各型的公式,統整後歸納於結論中。