全國中小學科展

化學科

消失的祕密

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。

消失的催化劑-探討不同條件與添加物對二氧化錳催化雙氧水後變質程度的影響

本研究利用氧化還原反滴定,探討二氧化錳在不同變因催化雙氧水後變質程度影響,並改變溶液酸鹼值、添加鹽類等方式抑制及回復二氧化錳催化後變質情況。透過反滴定可推論錳價數會由+4價降至+2價。並發現雙氧水濃度越高、體積越多、催化時間越長及初始溶液pH值越小的情況下,二氧化錳變質程度越明顯。溶液中添加氯化鈉與亞硫酸鈉雖然都能使反應速率增加,但沒有抑制變質的現象。將變質固體浸泡亞硫酸鈉雖能使錳價數少量回升,但不符合環保效益;浸泡氫氧化鈉濃度0.1M以上時,則可觀察到錳價數有明顯回升。本研究發現高國中對於催化劑的定義,並不適用於二氧化錳催化雙氧水的實驗中。建議改成定義適用「理想催化劑」,並說明真實催化劑可能的變質情況。

放電指數

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。

實驗室處理金屬離子廢水的方法再研發——再造保麗龍的第二個春天

本實驗先尋求將廢棄保麗龍再製為陽離子交換樹脂(本實驗稱”保麗龍膠”)的方法。將保麗龍依:丙酮溶解→硬化→打碎→與濃硫酸共煮三小時→浸於50%硫酸溶液中→沖洗→以水浸泡的流程,即可達再造的目的。再利用「碘滴定法」(浸泡式)與「相對電壓檢測法」(流動式),依次尋求保麗龍膠吸附金屬離子的最佳條件。其中「碘滴定法」可有效測出銅離子濃度,但手續繁瑣;「相對電壓檢測法」最大的好處是知道保麗龍膠何時吸附達飽和必須再生。 我們目前所知,要保麗龍膠達到吸附陽離子的最佳效能,其條件依次為:使用細粒的保麗龍膠;低濃度的金屬離子溶液;質量愈大的保麗龍膠;低溫下較慢的金屬廢水流速及pH 值約為4.30的銅離子廢水;鈉型的保麗龍膠吸附效能優於氫型。保麗龍膠對不同金屬離子亦有吸附力,單位體積所含離子數愈少,初始的相對電壓會愈高;在相同莫耳濃度下,不同離子的吸附力依次為Cr3+>Fe3+>Ni2+>Cu2+>Co2+;分次吸附確可將金屬離子完全去除;保麗龍膠可以再生也可被覆在砂粒上達到不錯的吸附效能;最後,我們將吸附過金屬離子的保麗龍廢膠與硫酸鈣、紙漿及些許的石灰(質量依序為13克、13 克、7 克、0.04 克)混合,可製成類似紙黏土,做成造型磁鐵,廢物利用十分有趣。

反應結束了嗎?

以碘酸鉀為氧化劑並以澱粉為指示劑,加入硫酸後分別與多種還原劑反應。發現焦亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫氰化鉀等使指示劑變藍。而焦亞硫酸鈉與碘酸鉀的反應常見於高中教材[1],[2];硫代硫酸鈉與碘酸鉀雖然有反應發生,但是反應時溶液生成沉澱物,推測有兩種以上的反應發生。硫氰根離子與碘酸鉀反應以動力學探討,得知速率定律式R(M/s)=k[IO3-][KSCN]2[H2SO4],k=2.9×105(M-3S-1)。產物檢測後,推測硫氰化鉀中的硫原子被氧化生成硫酸根離子。鐵離子檢測後溶液成血紅色,因硫氰化鉀濃度對反應為二級,一段時間後反應物濃度過低而難以反應完全,殘餘的硫氰根離子與鐵離子生成血紅色硫氰化鐵錯離子。

『它抓得住我』--利用自發性感應電極與磁場作用提高重金屬廢液回收效率研究 --

使用電解法進行重金屬廢液回收被人詬病之處是高耗能,高成本。但本實驗使用硫酸銅水溶液為實驗藥品,利用所發現的自發性感應電極與外加磁場裝置,在電解槽中放入中央平行碳片與外加磁場,與對照組相較最高可達到17.09倍的回收量,且耗能也僅為對照組的7.99%,提高了92.01%的能源使用率;同時發現外加磁場強度越強、中央碳片數量越多可提高整體的銅原子回收量與降低耗能;此外,可利用右手開掌定則解釋為何可增加銅原子的回收量與降低整體耗能、增加整體裝置的電流等現象。本實驗所設計的裝置可作為重金屬廢水處理的重要參考。另研究中也測得中央自發性感應電極所產生電位差,可提供自發性感應電極發生機制的重要依據。

『量』麗世界~探討自製可彎曲硫化銀量子點敏化太陽電池製備條件之研究

以不同來源的銀材料,經化學沉積法沉積硫化銀於可彎曲材料,探討影響自製可彎曲硫化銀量子點敏化太陽能電池(以下簡稱Ag2S QDSC)。建議製備條件:0.8M AgNO3(aq) + 0.4M Na2S(aq) 製備沉積4層硫化銀量子點,搭配添加幾丁聚醣製成之糊狀電解質處理,正極材料使用少層奈米石墨稀,相較於其他處理組,具有較佳效能。使用銀線作為串聯之材料,可降低其中之電阻,增加其效能,串聯2組電壓為1.02V,可驅動數位時鐘,串聯3組電壓為1.64V,可驅動計時器。

長晶的奧祕

在高一化學課本中,有談到過飽和結晶的現象,另外在一些書籍上提到以蒸發的方式析出晶體,但未深入解說探討,使我想深入探討長晶的奧祕,並長出較大的晶體。

化學繪畫

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。

在PET上製備奈米銅網格,作為軟性透明導電薄膜之研究

需求快速成長的電子產品正在日新月異的進步,其中人手一機的智慧型手機的觸控面板多以銦錫氧化物玻璃來作透明導電基板。因其價格高、不耐彎折,所以未來穿戴式的觸控材料需要下世代的技術突破。本文在聚對苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜上製備銅網格,以獲得透明、可彎曲又導電的薄膜來提供觸控應用。製程包含PET表面化學改質、鈀觸媒或銅觸媒接枝、化學鍍銅、曝光與蝕刻來製作導電線路。鈀與銅觸媒的化鍍銅網格膜的導電性(導通簡易導電迴路並符合歐姆定律)與耐折彎能力(皆為500次)表現相當。透明度則以後者較佳,達88%。本文並探討PET上各製程步驟的化學反應機制,比較與討論鈀和銅觸媒對透明導電膜的製備及透光度與電性的優劣影響。