化學科

在校園的學習活動中，由於粉筆穩定性高，吸水性好，並可以在教室就地取材，達到創意的學習效果。本研究利用粉筆結合國中實驗，經過設計、操作、結果比較，得到以下幾個發現與特色：壹、粉筆的運用涵蓋離子移動觀察與反應、電解與電池反應等實驗課程。貳、本研究可以改善實驗課程的方法，達到節省資源、操作簡易、容易觀察、多元發展的重要意義：一、所有實驗都在小小的粉筆上進行，可以大量節省藥品，並且減少操作空間，讓實驗也可以帶著走，在實驗室以外的其他場合進行。二、簡易的操作過程中，反應現象可以清楚觀察，體驗知識原理，增進學習的效果與樂趣。三、可以再發揮巧思，利用粉筆發展出更多元的實驗內容。

我們在化學課學到滲透壓的原理，且對於廣告商所推銷的磁石感到好奇，於是決定討論磁場對於滲透壓的影響。由無殼蛋的實驗發現磁場的存在會使蛋的滲透壓增加約45%，確實會影響滲透壓，但由不同的酸溶解蛋殼後，對於蛋膜的性質有不同影響，因此設計了一個實驗裝置，並以生蛋膜及玻璃紙為半透膜，選擇同濃度的蔗糖、氯化鈉等水溶液，在不同磁場強度下觀測溶液的滲透壓變化。從強度0、100、172、196、250、600、2250 高斯的磁場中，實驗得知磁場可影響滲透壓的臨界值約200 高斯，且得到不同磁場強度的滲透壓值，之後比較蛋膜與玻璃紙在有無磁場影響下的上升高度差值，得知磁場對蛋膜的影響遠大於對玻璃紙，固推測磁場對溶液滲透壓的影響主因是磁場具有改變生物半透膜的特性，所以許多人標榜磁場對人體的影響宣傳，再某些條件下是合理存在的。在不同溶質溶液的滲透壓實驗觀察發現；高中課程中的溶液介紹是以「理想溶液」為前提，故真正從實驗操作中才體會出真實溶液與理想溶液間的差異是有很大的距離，所以我們嘗試以真實溶液探討不同溶質與滲透壓的關係。

一般人多將水果去皮後食用並丟棄，而傳統上含糖量多的水果也是釀酒的主要原料，因此我們嘗試將果皮等食物殘渣或廚餘加以利用，進行酒精發酵。 實驗中我們主要探討廚餘發酵時糖度與pH值的變化，以及將發酵液蒸餾製成酒精之可能性。從實驗得知果皮、果肉、白飯及麵包等在發酵過程中糖度及pH值有下降的趨勢。各種發酵液經蒸餾後所測得酒精度以麵包最高，達10%；白飯為6%；果肉、草莓為4%。而果皮發酵液蒸餾後的酒精度，則以鳯梨皮、西瓜皮及甘蔗皮酒精度為3%較高。若改變發酵溫度及酵母量可提高酒精度，鳳梨在35℃、3%酵母量時達15%；麵包則在25℃、1%酵母量時，達17%。我們發現雖蒸餾出酒精度僅在4~10%，若能二次蒸餾使酒精度達到75%，便可作為藥用酒精，或20%~40%可作為食用酒精，未來潛力無窮。

這是一項以蛋膜為對象的研究，並配合化學課及生物課所學的滲透原理。藉由電導度計測量電導度的變化，間接推得濃度以探討粒子經由蛋膜的滲透速率，分別探討不同濃度的電解質溶液、相同陰離子不同陽離子的溶液、及相同陽離子不同陰離子的溶液，並且探討離子溶液受磁場N、S極、不同位置的影響，以及其他粒子溶液通過蛋膜的情形，加以分析討論。一開始使用電導度計測量實驗裝置一號蒸餾水端的電導度變化情形，研究後發現問題，改善成新的實驗裝置二號，確定它的滲透速率情形。再度發現問題，設計實驗三號，測量離子溶液端及蒸餾水端距蛋膜0 cm處的電導度變化情形，企圖了解各種離子的蛋膜滲透、擴散與磁場的相關性。

研究發現地瓜葉存放方式及料理方式會影響變色，包括變不綠、變黃及變黑；變不綠、變黃兩項和葉綠素有關；存放時接觸光線、空氣因葉綠素被葉綠素?分解而變黃，若葉子折損，因細胞內水解性單寧和酚?作用而產生褐變；水煮中細胞被破壞釋放酸性物質，使葉綠素脫鎂變橘色，添加鹽或小蘇打可穩定葉綠素，但無法阻止葉子變黑。葉子會變黑是在水煮後靜置才會出現，因此判斷是葉子中的凝縮類單寧氧化所導致，而梅納反應造成的變黑影響較小。\r 凝縮類單寧在空氣中久置會形成紅棕色沉澱；水煮時高溫加速反應，添加亞硫酸鹽類則可以抑制凝縮類單寧氧化。地瓜葉煮後變黑程度甚於其他蔬菜，是因其含有較多凝縮類單寧，而產生之變黑物質具抗氧化能力。

在操作理化第二冊實驗9─1時，不小心硝酸銀容易濺到了手及課本，經過一段時間後，沾到銷酸銀的手及課本的紙張都出現了黑色的污點，且實驗中產生的氯化銀白色沈澱稍後亦變成灰黑色，老師說是因為銀離子還原成銀原子之故，但在理化第一冊談到的保溫瓶結構中指出保溫瓶膽處鍍銀以防止熱因輻射而流失，老師提到，這層銀是利用所謂的「銀鏡反應」鍍上去的，然而同樣的銀離子還原成銀原子的反應，為何會有不同的顏色產生呢？種種現象引起我們的好奇，於是便著手實驗，探究原因。

我們利用一連串的實驗探討糯米紙的各種性質，包含燃燒、溶解、導電、黏度等變化，更自己實際製作糯米紙，還將糯米紙作成酒精試紙，來檢測酒精濃度。這才發現小小的糯米紙，看似簡單卻隱藏著大奧秘。

近年來，「保特瓶燃料電池」，這裝置已廣泛地使用在燃料電池教學上，稱為簡易燃料電池。但這原理雖普及但仍有創意改良的空間。本實驗力致將燃料電池與太陽能作結合為研究方向，發展出能在陽光下高效能放電的環保電池。 偶然下發現炙熱的銅片急速冷卻會裹上粉紅色的氧化亞銅﹔氧化亞銅是一價銅的氧化物，具太陽能轉換潛力，故我們有了拿它來當電極的念頭，先利用外加電壓，進行可見光分解水實驗，結果照光下分解水產生大量氫氣﹔且氧化亞銅本具高活性有光電化學性質，在逆反應時容易釋放電子產生高效能放電；並且在照光增溫同時也加快了電解速率，但溫度不能太高，而照陽光的溫度正適合，故我們試著將各種變因取出並設計實驗，來驗證與討論，最後統整設計出一個能利用太陽能的環保「保特瓶燃料電池」，對環保能量再注入無限的可能與創意。

利用簡單的濾紙層析法，可從植物葉片中萃取光合色素的成分，而利用紫外光照射以及紫外-可見光電子吸收光譜和放光光譜的測量，可判斷各成分所得結果是否有所差異。另外，我們試著加入純水或數種不同金屬離子配製的溶液來檢測對葉綠素螢光強度的影響。我們也嘗試著將萃取出來之葉綠素汁液製作成趣味隱形墨水，書寫在紙上的筆跡在一般光線下是無法以肉眼觀察到，特別的是，在暗室中經過紫外線照射後，便可清楚的看到所有紙上的筆跡。

研究電解水的改良裝置，以克服課本中的實驗缺失，經過多次的改良與測試，完成「懸吊式」及「密閉式」兩套電解水裝置。為讓改良裝置能推廣於教學中，特以改良裝置探討電解速率的影響因素，尋找合適的控制變因，提供教學參考。經過研究所得成果如下：1.提升了電解速率，縮短實驗時間。2.操作上手不用接觸NaOH溶液，電極以迴紋針替代注射針，增加實驗的安全性。3.以定量方法探討電極間的距離和電解速率的關係，克服課本中肉眼不易觀察的困擾。4.可大幅度節省藥品，避免環境污染。5.密閉式改良裝置，非常適合教師在教室中操作。6.可提供多次氫、氧性質的檢測，讓組員都有操作的機會，提升學習興趣。