全國中小學科展

化學科

當「尼可爾生」與「葛羅夫」相遇

我們三個國一生從「氫能車」的報導,感到好奇!先google一下了解相關資訊,決定研究並製作「氫氧燃料電池」,經過資料統整後,發現為何電極都用碳棒、或自製活性碳電極,用金屬做電極可以嗎?什麼樣的電解液最好?它的濃度大小是多少?影響「氫氧燃料電池」充、放電的因素有哪些?希望製作一個超強電力的「氫燃料電池」跟同學分享,也希望多學習一些知識,就這樣進入了探索與學習之旅。 經過一系列的變因實驗一至三探討,加上我們討論出的實驗四「留氫包氧」試驗,本研究的自製氫氧燃料電池的最佳電極條件為:正負極均使用『活化後碳棒3支+套不織布袋+裝填濾心內椰子殼活性碳4克』,反應器裝滿「2M氫氧化鈉水溶液」,可讓馬達運轉24分鐘。

『Young Young 』Helper(探討雙氧水在日常生活的運用)

藉由探討生鮮蔬果及加工醃製過的蔬果、現打果汁、市售果汁、肉類、土壤與雙氧水之反應,觀察雙氧水之特性!並運用雙氧水與生鮮蔬果及加工醃製過的蔬果、現打果汁、市售果汁、肉類、壤土、有機培養土之交互作用的特性,再結合日常生活隨手可得之回收容器設計運用為熱包盛裝物,並以環保概念為基礎,自製『Young Young熱包』。

石英砂表面修飾幾丁聚醣對金屬離子競爭吸附之探討

本實驗先選擇三種不同的石英砂顆粒,測量在水中的沉降速度及密度,選擇最適當的石英砂顆粒,蝦殼經去乙醯化反應後得到幾丁聚醣,溶於弱酸中,將石英砂顆粒,表面包覆SiO2,表面接附幾丁聚醣,製成石英砂幾丁聚醣顆粒,傳統都以Fe3O4為載體,表面接附官能基進化學反應,但Fe3O4易受到氧化或酸蝕而崩解且較為昂貴,實驗發現,抗酸鹼的能力較Fe3O4為佳,且石英砂相對便宜;實驗室中的廢水是許多金屬離子混合,本實驗探討NaCl和Zn2+對Cu2+及Cr3+吸附的影響,發現NaCl會因庫倫力對金屬離子的吸附產生影響,Zn2+會和Cu2+、Cr3+競爭錯合位址,由於離子半徑和帶電量相同的影響,Zn2+對Cu2+吸附的影響較Cr3+大,溶液中如果有離子競爭吸附時,目標吸附的重金屬離子移除率會有顯著的下降。

光彩奪「木」—探討不同變因對透明木特性的影響

我們查詢綠建築資料時發現可製造「透明木材」當環保建材,但相關資訊大多是介紹如何做出成品而沒有定量討論不同變因的影響,因此我們開始設計實驗探討不同因素會如何影響透明木的特性,並可將結果拓展至應用層面來推廣此綠建築材料。 實驗發現鹼性亞硫酸鈉法中的氫氧化鈉與亞硫酸鈉是以不同的反應機制分別將木片中的木質素溶解出來,濃度越高、溫度越高效果越好,但氫氧化鈉濃度或反應溫度過高都會有反效果;以極性質子性的醇類當溶劑效果最好,次佳為極性非質子性的丙酮;不同種類去木質素藥劑與木片填充物都可成功製出透明木只是成品特性不同;最後成功製出較厚的透明木得到較強的韌度與較好的隔熱率,為綠建築的應用增加更多可變性。

鋅鋁奇緣 Let it go

本實驗目的在討論空氣電池中不同的組成與構造,能達到最佳的發電效能之研究。課本上提到在形成通路的電路中,電池本身提供電力讓燈泡發亮,若用其他材料做成空氣電池,是否也有普通電池的發電效能?首先,選擇不同種類的金屬片做為空氣電池的負極,究竟哪種比例與種類的金屬片能有最佳的發電效能?在找到最佳種類與比例金屬片的同時,也探討濾過膜的種類對於發電效能的影響。再者,不同酸鹼性的電解液,是否會影響發電效能?最後,我們選擇了5種自動筆芯當作電極,觀察不同的活性碳棒,對於空氣電池的發電效能是否有不同程度的效果。

探討以折光計檢測酒精濃度及應用於高端鳳梨酒的測定

本研究成功開發高端鳳梨酒釀製方法,有助農民疏解鳳梨產銷問題。從以折光計測定酒精度,發現該方法有濃度限制性,經實驗提出正確的測定方式,成功應用在鳳梨酒的酒精檢測。探討乙醇與水的非加成性,避免配製時產生誤差;也探討折光計測定酒精需在50%內才有準確結果。高端鳳梨酒的製造,探討最佳釀造條件如糖添加量、溫度、酵母菌、及蒸餾等。結果顯示鳳梨汁在25°Brix糖度、與酵母菌重量比100:1、於15°C-25°C發酵僅需4~6天即可完成,糖的分解率高達75%,可降低成本,靜置3月蒸餾可得鳳梨風味酒。本方法可降低成本,提升售價,提高農民收入並解決鳳梨過剩問題,此模式也能用於其他產量過剩的水果。經蒸餾收集的高濃度酒精,也能用來調配成殺病毒的酒精。

「醇」「紙」相依-自行研發簡易假酒試紙分析法

經查閱文獻,得知假酒檢驗過程繁複,檢測實驗似乎必須在實驗室中進行,無法隨時隨地進行檢測。故本研究最主要是在思考如何方便、迅速、有效率的檢測假酒,我們嘗試自行製作可隨身攜帶之檢測試紙,即便是出門在外,也能進行假酒的定量檢測。實驗先於試管中大量探討。將六種不同甲醇濃度設定為一組實驗,而在每組不同實驗,以不同的檢測過程檢測之,取出呈色差距較明顯的實驗組,繼續進行不同介質上的呈色實驗。將實驗過程所需之藥品分別染於介質上,觀察其呈色效果後,再將這些呈色介質作結合,濃縮成一張小紙板,經過試紙檢測後發現問題並改良,成為較理想的試紙。最後利用Image J軟體將試紙上的呈色數值化,比較這些數值後製作檢量線。此檢量線便可成為進行假酒定量時的參考數據。

食鹽未知數X

本實驗探討NaCl的結晶在各種環境下所發生的變化。研究改變結晶的變因,例如:溼度、溫度、水質或是加入海水常見的鹽類(像是MgCl2、CaCl2)。我們添加了丙酮、乙醇、正己烷等有機溶劑,研究並討論影響食鹽X條痕之因素。實驗結果認為形成的最佳條件為單純的飽和食鹽水(不添加其餘物質)25ml,加上環境通風,並於乾燥之地養成,此外可以在250ml的相同環境中找到完整以及有口形的結晶。 除了觀察結晶型態,試圖找出結晶的方式跟位錯形成的原因,為能破解其結晶體上層之X條痕以及沒有條痕跟口形位錯的結晶情形。經實驗、討論與資料整合後,我們推論X以及口形之形成是因為結晶位錯的關係,經過來自各方壓力影響後,結晶在中心點產生滑移的現象,並加以擴大。

利用硫醇分子合成之螢光銅奈米團簇偵測三價鐵離子

本研究利用硫代水楊酸(TA)的硫醇基作為配體,合成出螢光銅奈米團簇 TA-Cu NCs 。我們改變了硫代水楊酸(TA)與銅離子(Cu2+)的合成比例,發現當 TA:Cu2+ 為 1:3 且酒精的體積濃度為 50% 時,擁有最高的螢光強度,為最佳的合成條件。之後我們對 TA-Cu NCs 進行材料的相關分析,得知 TA-Cu NCs 的粒徑大小約為 3.7 nm ± 0.4 nm、量子產率約為 3%。對常見的金屬離子 K+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Co2+、Ag+、Pb2+ 進行偵測後,發現 TA-Cu NCs 對於鐵離子具有較好的選擇性。加入緩衝液進行探討,發現加入 pH7 的 Tris 緩衝液,是最好的偵測環境,偵測極限為 9.6 μM。最後我們對小坑溪及碧潭溪水進行鐵離子的偵測,其回收率介於 91 %~110 % ,相對標準偏差小於 3.69 %,說明本方法是一個穩定且有效的方法。

電極染敏電池-利用金屬活性為電極的太陽能電池之研究

一般染敏電池的發電功率並不高,本研究結合不同活性金屬作為電極端,並且分解電池結構逐步探討可能提升發電功率的因素:正極端的組成、負極端的組成、電解液中的水濃度、組裝方式、外在環境的影響。研究結果顯示,以10*20mm大小、阻抗8Ω的FTO玻璃,結合鎂銅金屬為電極所製得的電極染敏電池,單一Cell所得最大電流為1965μA、電壓1776mV、電功率3489.172μW≒3.5mW。另外利用市售的抽油煙機鋁質濾網、石墨塗層、銅片可以簡易製得電極染敏電池,實驗所製的50×50mm的鋁銅電極染敏電池,擺放30天仍可產生電功率0.811mW,透過適當的封裝可以成為可撓式的太陽能電池。