化學科

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。

本研究是利用氧化還原與尖端放電兩原理，使還原析出的金屬，在介質中藉由尖端放電生長成有如樹狀的物質。我們的研究重點有別於以往的金屬樹科展作品，是以如何控制或改變金屬樹的生長方向為主；為此我們設計了十幾組實驗，包含理、化操縱變因如：電、磁、光、溫度、配位基、電阻等，同時也對實驗過程中，發現的有趣現象做衍伸研究，如：導引、毛細現象的影響。經過一年多的實驗後，選出五種具有明顯實驗結果與發展潛力的實驗組，作為科展的深入研究，並將成果收錄於作品書中；其中活性組、電磁組為改變金屬樹生長方向的方法，錯離子組可影響金屬樹析出的速度，導引組與紙導引組是直接導引金屬樹的生長。

四上的戶外教學，老師帶我們到風力發電園區參觀，以及看了學校的太陽能板工程，我們才知道神奇的風能、太陽光、熱能都能轉成電能。原來，這些都可以發電，那還有什麼東西可以發電？我們蒐集關於發電的資料，竟發現有種來自植物的葉綠素電池也能發電。由於我們野外也有許多綠色植物，它們享有當地得天獨厚的強烈光能，所以我們也想了解這些綠色植物真的能由光能轉成電能，變成一顆可帶著走的可充式『行動電池』嗎？我們決定親自來嘗試是否能將當地常見的綠色植物製作成一顆電池。

一些有公信力網站記載加熱草酸鐵 Fe2(C2O4)3‧5H2O 或草酸亞鐵 FeC2O4‧2H2O，經脫去草酸根與結晶水後，能生成接近奈米級鐵粉，此鐵粉在空氣中撒落時能看到自燃現象，想重複此實驗卻發現困難，開啟本研究動機。購買台灣製草酸鐵與草酸亞鐵，重複數十次都無法成功製造自燃現象的鐵粉。重購日本製草酸亞鐵，卻能輕易製成具有自燃現象的鐵粉。網路資料重複檢查，發現應只有草酸亞鐵能產生自燃鐵粉。但用台灣製草酸亞鐵仍無法成功，用顯微觀察後發現日本製比台灣製粉末顆粒較細且乾燥。台灣製草酸亞鐵經溶解過濾再烘乾研磨後，可提高自燃鐵粉成功率，用顯微鏡確認鐵粉接近奈米級。進一步利用奈米鐵粉與氧氣反應的特性，成功設計出一個簡易量測空氣中氧氣含量的實驗裝置。

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。

文旦柚皮果膠量、稠度(Consistency)、保濕度、減緩水果熟成為五種果皮最優。柚膠加砂糖可提升各項效果，50ml柚膠加20g糖保濕度最好、減緩水果熟成為不塗膠的1/6，50ml柚膠加10 g糖在高溫70°C烘30分鐘時糖度為33(Brix)黏著度最大，接近市售膠水。果膠可提升土壤的肥沃度、保肥度、保濕度、含水量。設計三種施肥法以粉(奶)水法適合植物生長，相較澆水生長率，生長最優的最佳比例:粉水法0.8g/50ml淺根綠豆苗莖高度長高約6.3%、重量多重約5.5%，深根小白菜葉長快速度約2.3倍。粉奶法5%5ml淺根綠豆苗莖高度長高約20.7%、重量多重約26.3%，深根小白菜葉長快速度約4.6倍。種子以5%5ml埋奶膠法發芽最快速，發芽後以5%5ml粉奶法可縮短收成期。本研究結果值得推廣。

本研究源自於自然老師上課時，介紹筷子的生產過程會加入二氧化硫，讓黃色的碘液顏色消失，進而引發我們的好奇心，就進行一系列有關筷子的研究。研究結果發現： 一、自製透光度檢測器，透光度越大，溶在水中二氧化硫含量越多。 二、以段狀切割筷子比削表面筷子的水溶液透光度大，表示段狀切割筷子水溶液含有較多的二氧化硫。 三、筷子中二氧化硫，來自於筷子中的維管束。 四、溫度越高，水溶液溶入較多的二氧化硫；溫度越低，水溶液溶入較少的二氧化硫。 五、浸泡筷子時間越長，透光度就越大，表示二氧化硫含量越多。 六、更換浸泡的筷子水，能降低二氧化硫濃度。 七、筷子重量越重，透光度越大，二氧化硫含量越多。 八、筷子水對植物生長會造成影響。

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。

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。

白蘿蔔又稱「菜頭」，不但是營養的蔬菜，還含有天然澱粉酶，能促進澱粉消化。為了證明白蘿蔔能促進澱粉消化，我們設計以碘澱粉比色法和自製透光度儀器來進行檢測，實驗證明：(1)白蘿蔔澱粉酶的活性最強，最能幫助消化，其中又以白蘿蔔肉澱粉酶活性最強，皮的活性也不錯，所以吃白蘿蔔時可以不必削皮直接磨成泥吃。(2)市售的蘿蔔種類中，以白蘿蔔的澱粉酶活性最強。(3)白蘿蔔澱粉酶在溫度50~60度，酸鹼值pH5.5之下活性最強，而且添加醋更可增強澱粉酶活性。(4)白蘿蔔和抗性澱粉(好的澱粉)反應形成寡糖，其中以隔夜飯含抗性澱粉多。⑸最後，我們將白蘿蔔泥和隔夜飯反應，製造出健康又能讓好菌生長的「菜頭健康糖」。