化學科

由平衡常數測定之比色法思考改進方向，應用數位相機對KMnO4濃度檢測，探討影響變因及操作方法，發現比色法看片箱光源及以培養皿容器為最佳，並利用暗箱阻絕外界光源進行拍攝。經一系列測試發現光圈、快門需對濃度最小溶液測光，且將光圈、快門固定，進行不同濃度拍攝，以影像軟體與統計軟體進行迴歸分析，求出RGB值與濃度之線性關係檢量線。依上列方法分別對不同區間濃度較高與較低溶液測試，發現仍可得到RGB 值與濃度之線性關係，惟測試濃度過大或濃度太小者，無法利用此方法求出線性關係。運用此方法進行對不同種類溶液測試，發現K2CrO4 與K2Cr2O7 皆可得RGB 值與濃度之線性關係，CuSO4 溶液則無法判別。最後利用數位相機拍攝之方式應用於平衡常數測定實驗取代比色法對FeSCN2＋濃度進行檢測，發現求得之平衡常數與文獻值比較差異在可接受範圍內，可利用此方法作為比色法實驗參考。

經本實驗發現水球膜可保存水分、包覆物質、通過強酸考驗，並將所包裹的分子緩慢釋放，研究成果: 一、保存水球的最佳溫度是30℃，酸或中性的環境比鹼性好。 二、碘分子進出水球的速度受溫度和酸鹼的影響，0℃時，反應時間最短，20~30℃最長；中性環境的反應時間最短，酸和鹼性溶液中，反應時間都是先慢後快。 三、水球膜可讓分子量約10000以下的分子通過，並且隨時間緩慢擴散。 四、水球膜包裹下的酵母菌、唾液澱粉酶和香蕉酵素，在通過模擬消化道的酸鹼和蠕動後仍具有活性，推測應可通過胃酸的考驗，順利到達小腸。 五、水球膜包裹下的酵母菌通過模擬消化道後，37℃活性較25℃差，但唾液澱粉酶和香蕉酵素則較好。

一、晶種在試管內，距底部4cm為最佳的結晶位置，結晶後的量較多。二、不同樓層高度(50m之內)對結晶量的影響並不大。三、硫酸銅的結晶在自然狀態下，反應時間以兩天的結晶量最佳。四、不同聲音頻率下的環境，以300Hz的音頻，結晶量最多，1200Hz的音頻，結晶量最少，我們推論1200Hz為硫酸銅水溶液自然震動的頻率。五、300Hz的音頻環境下，反應時間為三天的效果最好。六、銅線共振頻率為600Hz，銅線共振的結晶量均較硫酸銅水溶液自然震動下的結晶量少。七、六字大明咒與打擊樂音樂型態，結晶量較佳，噪音對結晶量為最差。八、使用乙醇與水的雙溶劑對結晶量的影響比單溶劑效果好。九、酸鹼值對硫酸銅對結晶量有影響，但無規律性，加入濃硫酸，硫酸銅的結晶量特別明顯。

本實驗藉由濾紙色層分析法，以水性黑色顏料為混合物，探討各種沖提液在不同濃度下對色素吸附力的影響，並得知鹽類是鑑別展開距離的關鍵溶質。我們也發現，以氯化鈉為沖提液，「低、中、高濃度」都有其各自的區間，並有不同斜率。斜率的改變，是由於正、負離子互相吸引程度不同，而導致靜電力的消長。只要找到濃度區間交界點並做分段，就可得到極佳的線性關係，並且可以應用於未知濃度的檢測。 最後我們發展出解釋模型，根據「水合離子」的性質、條件，可說明沖提液中的離子在本層析實驗中的關鍵作用；也能完整解釋離子種類、濃度、帶電量多寡所造成的影響。

鹵氧化鉍是第三代太陽能電池的材料，受到極高重視。鹵氧化鉍和g-C3N4皆為可見光光觸媒，將其彼此複合可增加其活性。研究利用水熱法 (hydrothermal method) 在高壓釜 (autoclave) 中合成三元鹵氧化鉍及其複合物 (BiOxCly/BiOmBrn/BiOpIq、BiOxCly/BiOmBrn/BiOpIq/g-C3N4)，成功做出鹵氧化鉍的一系列化合物，並檢測其特性。三元鹵氧化鉍及其複合物是可見光驅動之光觸媒，因此將其降解結晶紫染料(Crystal Violet, CV)來評估其活性。在pH值為1與4時觸媒樣品光生電子電洞的重組率較低，此對於降解效率有益。在沒有複合g-C3N4的情況，BC1B1I1-4-100-12樣品降解結晶紫的效率最為理想。而在pH值為10且有複合的情況，BC1B1I1-10-100-12-10wt%g-C3N4樣品降解結晶紫的效率最為理想，其光催化降解效率增為1.8倍。因此，複合光觸媒可增加降解效率，更有效處理紡織與染整等有機廢污水，大大減少廢污水的污染。

在化學冷光的反應中，以 luminol 發光反應最為常見，luminol 在鹼性環境下發生氧化作用激發成激態分子，此分子會放光的形式回到基態，我們改變氧化劑 H2O2\r 與催化劑 K3Fe(CN)6 的濃度，並畫出衰減的曲線圖，比較不同濃度的氧化劑和催化劑對 luminol 發光強度與時間的影響。收集完數據後，便可由反應模式，推導可能的反應情況，接著便可以求得其半生期，希望藉由此實驗所找出的\r H2O2、K3Fe(CN)6濃度，使高中物質化學課本中的 luminol 螢光示範實驗能達到更有效率及更易觀察的狀態。並試圖藉由化學反應速度與實驗參數的探討歸納出能達到最大亮度與最長放光時間的反應試劑條件。

影響化學平衡的因素有很多種，其中在高中化學課本中提到同離子效應，我們想知道，若加入不同種類的離子，是否也會產生類似同離子的「非」共同離子效應。 我們設計以pH值及電導度來測量，了解難溶鹽類的溶解度，選擇有氫氧根的難溶鹽與中性的易溶電解質作為實驗藥品，根據銅離子效應的實驗，推測非共同離子效應會使得溶液溶解度降低，氫氧根濃度下降pH值跟著下降；隨離子濃度減少電導度也會下降。 根據實驗數值，有Ca(OH)2加KCl、Cu(OH)2加KNO3、Ni(OH)2加KNO3的pH值和導電度都有下降趨勢，符合預期中非共同離子效應的結果。 我們未來會用KBr及以Na+為陽離子的強電解質來進行更進一步地確認；針對有色離子做吸收光譜實驗，確認非共同離子效應的存在。

在實驗課做鋅銅電池的實驗時，我們發現所得的電流十分小，於是引起我們研究如何提高鋅銅電池的電流的興趣。

由於人類太依賴塑膠產品，於是對地球造成極大的危機，如何減少地球上塑膠產品所占的空間是當今人類必須面對的最大課題；不然很快的，地球便被人類生產的塑膠製品所佔據。生物便缺少空間可以生存。所以，我們必須共同努力，往如何來解決我們人類所製造出來的垃圾尋求問題的解答，雖然可以把這些塑膠製品採用焚化、掩埋等等的方法，但也沒辦法完全解決這個問題。於是乎我們想到，若可以找到一種天然的方式來溶化塑膠，那不是很好嗎?於是，便開始了這次實驗的想法。\r 在老師的提醒之下，我們想起在五年級下學期的自然課中有一個單元正好談到酸與鹼，於是我們想到天然果汁的原汁是否能溶解人造塑膠?可以溶解到什麼程度?還有沒有更好的東西來溶解塑膠?我們設計一系列的實驗來證實天然水果的原汁可以融化人造塑膠，並試著找出更快溶解塑膠的方法，期望能運用在實際的生活上。

我們的研究，是以牛糞中豐富的HPO4-2吸附水中的重金屬離子。先透過自行設計之綠色分析技術，以簡易電池原理，分析水中Cu2+濃度，接著做出水中Cu2+與電壓、電流之檢量線。若將處理過後的牛糞置於水溶液中，便能有效地吸附Cu2+，為相當好的吸附劑，而且吸附率可達到99%以上。而牛糞吸附重金屬離子後，可以取出並製作成重金屬活性碳。分析重金屬牛糞之成分後，發現其已碳化成活性碳。活性碳又可做為超級電容的電極，且含重金屬離子的電極可以大幅的增加電容之電容量。在簡易電容測試中，以及鈕扣型電容實驗結果顯示:我們測出，牛糞吸附重金屬離子活性碳，在適當電解液下，具有相當高的電容量。