化學科

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。

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。

我們從化學課本及參考資料了解到製備乙烯的方法，再從已知的方法中設計並改良出較佳收集乙烯的方式。製出的乙烯先用點火燃燒證明氣體的可燃性，再用溴水褪色證明的確是乙烯。最後利用強氧化劑(過氧化氫，過錳酸鉀)，與乙烯做非勻相反應，可以觀察到高濃度的乙烯和強氧化劑間的反應有明顯的變化，利用此變化的觀察及數據的收集，作為此次研究的指標，來印證乙烯和水果熟成的相關性，進而希望藉此指標(簡單又方便的檢驗方式)作為水果保存的依據，並希望日後能找出簡單又有效的方式提高水果的保存期限。我們選用常見又易於觀察的水果－香蕉，並將上述的兩種強氧化劑(過氧化氫、過錳酸鉀)，分別放在密閉容器中，在室溫下，希望氧化劑能反應掉香蕉所釋放的乙烯氧體，或降低乙烯濃度，以期達到減緩香蕉外表熟成(香蕉外表變黑)的目的；沒想到過氧化氫超出我們意料(並沒有如預期減緩香蕉熟成)反而是整個外表熟成加速(香蕉外表變黑速度更快)，而兩組實驗組(香蕉釋放的乙烯分別在過氧化氫和過錳酸鉀的反應下)與對照組的外表熟成和香蕉內部甜度關係也有些連帶變化，雖超出我們預期，卻又有令人意想不到的結果，因為過錳酸鉀在開始實驗一天後香蕉內部甜度就有明顯增加，而後甜度增加率卻逐日下降！我們再將相同環境下，皆放入氧化劑(分成有香蕉及無香蕉兩組)經香蕉外表熟成後，再分別對剩下的氧化劑做滴定，先排除氧化劑在空氣中自然反應的變因後，發現有香蕉的實驗組與沒有香蕉的對照組的確有些差距，也間接證明了氧化劑的確是有與水果所釋放的乙烯反應。

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。

我們的實驗在探討聲波對硫酸銅結晶的影響。我們探討了頻率、振幅及音源個數對結晶的影響。頻率的實驗中，使用頻率500 Hz、1000 Hz、1200 Hz、1500 Hz、1800 Hz、2000Hz及2100Hz，振幅皆為100cm的聲波進行實驗。我們發現頻率為3的倍數時，結晶長度會比其他頻率音源下的結晶長，且結晶形狀大多為平行四邊形偏長條形，其餘頻率音源下的結晶形狀則大多為平行四邊形，不規則形結晶比頻率為3的倍數音源下的結晶多。振幅的實驗中，使用振幅為100 cm、200 cm、300 cm、400 cm及500cm，頻率皆為500Hz的聲波進行實驗。我們發現振幅越大，結晶越大，但振幅到300cm以上所結出來的結晶長度和300cm下的結晶無太大差別。多方音源中，音源越多，結晶大小越大。長晶過程部分，結晶會隨著能量前進方向依序長晶。

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。

在上一屆科展中對地圖筆的褪色原理已有初步的了解，為了對產品能有更統整性的分析。因此，針對這個題目作更深入的研究和探討。此次研究的重點在於酚?、百里酚?及硝基酚對於各種材質的運用，試著找出有別於酸鹼指示的新方法。可自己製造顯示筆、消失筆，更可以創造出各種不同顏色的地圖筆。

本研究主要探討催化劑的有無對丙酮碘化的影響，從中決定速率定律式及活化能，並希望本研究結果可以編入高二實驗課程。研究結果一、催化劑合適濃度為0.7M。二、有催化劑影響下適合的終止時間—32℃ 4分鐘、27℃ 7分鐘、25℃ 10分鐘、20℃ 15分鐘、15℃ 25分鐘 。三、無催化劑影響下，終止反應的時間為—35℃為5~11小時、32℃為5~8.5小時。四、有催化劑與無催化劑的反應速率差異相當大，以32℃為例，有催化劑的平均速率常數0.000124833 M－1s－1大於無催化劑的速率常數0.0000208 M－1s－1。 五、無催化劑一但開始反應後，會以極快的速率反應完畢。 六、無催化劑活化能比有催化劑活化能高，無催化劑的活化能66.88KJ/mol，有加催化劑的活化能137.7048 KJ/mol。 七、有加催化劑的總級數在1.4~2.7級之間；無催化劑總級數為2.0989583~ 2.0644408級之間。

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。

在實際上的化學研究中，為了實用(材料，醫藥)目的，合成新化合物，並確定其原子排列結構，判斷其性質，一直是許多實驗室的研究方向之一，然而在合成化合物後，往往會助由x光照射晶體所得的繞射圖與數據，解出化合物的幾何結構(如鍵長、鍵角等)。近年來，由於電腦科技的進步，解晶體結構，已不像以往那麼需要寒繁瑣的計算。但化學家們是如何合成的新化合物養成良好晶體，以提供結構解析?因此本研究嘗試以幾種常見鹼金屬、鹼土金屬鹽類來養晶，試圖在不同方法與條件的控制下，養出具有簡單幾何外型的晶體歸納在水溶液中結晶的各階段變化況，並分析各結晶法的優劣，以提供相關研究人士參考。