全國中小學科展

化學科

簡易二氧化碳濃度測定器之製作及其應用價值之研究

國中化學第一冊第三章第三節,空氣與人生的關係,提到了有關空氣之組成,氮 78 %,氧 20 % ,氫 0.934%,二氧化碳 0.03%,及微量的其他稀有氣體。人呼出的氣體,能使石灰水 Ca(OH)2混濁,而空氣比較小容易使它混濁。這足因呼出的氣體中,有一種叫做二氧化碳的氣體存在。這種氣體對人無益,但植物都需要它,才能使大氣中的空氣保持恆定……等。但課本未曾談到二氧化碳的濃度應如何來瀾定,同時亦未曾介紹我們人類所呼出的二氧化碳濃度比空氣大幾倍?而且用什麼方法求出大氣中合二氧化碳為 0.03 % 呢?於是同學們便開始設計實驗,始有簡易二氧化碳測定器(簡稱大埤國中測定器)之產生,藉此科展的機會,就教各位先進名家,賜給我們寶貴的知識、經驗,好作更進一步的研究及改進,並加以推廣,造福人群。

皂返有理~探討檸檬酸及檸檬酸鈉在皂垢分解與形成作用中的影響

我們的研究透過自製椰子、棕櫚與橄欖三種性質差異性極大的手工皂,來探討皂垢的溶解與形成機制。實驗中發現只有橄欖皂垢在高溫的水中溶解率稍高,其餘都呈現難溶的狀態。檸檬酸雖對皂垢的溶解效果不錯,但會生成油狀皂渣。若改加入檸檬酸鈉,則可能藉由與鈣離子的結合來促進皂垢(脂肪酸鈣)解離,逆向形成脂肪酸根(皂液),等同於將皂垢的形成過程逆返回去且不會生成油狀物質。最後經過皂液的測試,發現將檸檬酸鈉加入皂體來減垢的可行性,結果發現「檸檬酸鈉手工皂」不只能減少皂垢,且有提升油脂乳化力與去污洗淨力的意外效果。因此本研究發現手工皂中添加檸檬酸鈉是解決皂垢的方法之一,且值得推廣。

哎喲!橡皮筋又斷了!為什麼

彈橡皮筋一直是我最喜歡的遊戲,玩的方法多,攜帶又方便,可是玩過一陣子後,橡皮筋會變得很容易斷裂或橡皮表面像被風乾的裂痕,尤其寒冬酷夏這情形更明顯。於是在好奇心驅使下我請教了自然科學考師,並在老師指導下,我們進行一了下列的實驗。

維生素C檢驗與破壞度的研究

據報載台灣特產一茶葉中含有多缺維生素 C,政府鼓勵國人多飲茶,少喝咖啡,以增進身體健康,且可減少外匯,增加國家收入,囚此開始研究合灣所產各種茶業及水果中所含維生素 C 量之測定及破 壞因素。

農業廢棄物再利用-吸附重金屬離子之研究

我們利用不同農業廢棄物進行含銅鎳離子之廢水吸附實驗,並探討影響吸附效率之相關條件,接著討論花生殼有無化學修飾對銅鎳離子吸附效率的差異。比較未經化學修飾花生殼對相同濃度的Cu2+、Ni2+之競爭吸附,結果顯示Cu2+的吸附效率較好;隨著濃度上升,未修飾之花生殼對Cu2+吸附效率出現明顯下降,經重複使用會造成吸附效率的下降;化學修飾處理後則可提高對Cu2+及Ni2+的吸附效率,發現最佳化學修飾條件為溫度80℃、時間120分鐘、85%磷酸與花生殼固液比1:1。研究顯示廢棄不用的花生殼可以用來處理低濃度銅鎳離子的廢水,除發現廢棄物再利用的新價值外,更能協助小廠商落實工業廢水的處理程序,達到保護環境與永續發展之目標。

揭開催化劑的神秘面紗-由過氧化氫分解製氧反應談起

在本研究,我們設計了一套「可定量式排水集氣法實驗裝置」,並以標準氣體流量計校正,證明其操作簡便、精確性佳。同時,藉由過氧化氫(H2O2)製氧的實驗,對催化劑影響反應速率進行定量探討,確認二氧化錳(MnO2)和碘化鉀(KI)為過氧化氫分解反應之正催化劑,而苯甲酸(C6H5COOH)則為負催化劑。其次,進一步探討食品中殘留H2O2的問題,並討論常用烹調配料對H2O2分解的影響,結果發現味精、醬油、食鹽無明顯催化作用、白醋為負催化劑;而老薑、芹菜、青蔥、大蒜、辣椒等五種蔬菜類配料均為正催化劑,其中尤以老薑和芹菜之催化效果最佳。此外,我們也發現蔬菜類配料的主要催化作用是「酵素」,而非文獻中所認為的鐵類礦物質。

胺能辨魚新鮮否?—金奈米之胺類分子檢測研究

我們利用敏感度高的奈米級金粒子溶液檢測樣品中特定胺類分子。依據魚類在不同腐敗程度下會釋放不同濃度的胺類分子,且奈米金粒子與胺類分子結合後會因濃度高低改變而影響其粒徑大小,進而影響溶液的顏色,便可藉此檢測魚類的新鮮度。我們加入不同物質以試圖提高試液的靈敏度及準確度,並且發現魚肉隨時間放置愈久,在相同條件的奈米金液中出現明顯的顏色遞變。

水溶液及非水溶液中的酸鹼分化滴定

在吾人教學過程中,有關酸鹼滴定方面,一般高中教材均未提到多質子酸(鹼)的分化滴定,如雙質子酸,順一丁烯二酸,以強鹼在水溶液中滴定,可以明顯地分出兩個當量點;硫釀為雙質子酸,應可分出兩個當量點;磷釀應會產生三個當量點,但根據文獻知,在水溶液中磷酸僅可求得兩個當量點(因磷酸的第三個質子在水溶液中極難游離)而磷酸僅得一個當量點(因 KA1很大,KA2=10 -2 亦頗大)此二種酸若改在適當的非水溶劑中進行滴定,是否能求出磷酸的第三個當量點及硫酸的第二個當量點?又,不同強度的釀或鹼行滴定時,達當量點的PH值皆不相同,若將兩種或數種小同強度的酸或鹼液混合,是否能在不同的 PH 值下,分別被滴定出來?所混合的酸和鹼液,其 PKA,或 PKB。差值在何範圍內可被分別滴定出來,而得一明顯的酸鹼分化滴定曲線?而且有些酸或鹼當其強度太弱時,無法在水溶液中被滴定出來,若改在適當的非水溶劑中進行滴定,是否能得較明顯的當量點?以上這些問題,促使我從事以下的探討:

自製高功率的廢鋁燃料電池

我們剪下廢鋁罐碎片與硫酸銅廢液進行氧化還原反應,使重金屬離子Cu2+被鋁還原出金屬銅,即可過濾將固形物集中減廢處理。我們也利用廢鋁罐、廢鐵罐自製出第一代注射針筒式、第二代布丁盒式,發展到第三代果凍杯式的廢鋁鐵電池,雖可當成微形電解電鍍的電源,但要讓LED燈亮或風扇轉動卻很困難。我們接著製作廢鋁空氣燃料電池,過程並不順利,一直到找到了只讓氧氣通過而阻絕水穿透的石墨薄膜,才突破製造燃料電池的瓶頸,製作出具有價值且高功率的實用電池。我們還突破性的發現,以氯化鈉為電解液的鋁燃料電池放電後的分層膠狀物有類似鉀鋁礬膠體功能,其與硫酸銅溶液以2:1體積比的比例,可濾除銅離子,而達到以廢減廢的目的。

混不混有關係!-用混合自製天然指示劑來精細檢測酸鹼值的探討

老師要我們自製指示劑時,有人煮十幾分鐘,有人用熱水浸泡個一、二小時,又燙又花時間,於是我們想透過實驗找到最佳的時間點,使大家省時又省力。此外熱水的高溫,常讓我們心驚膽顫,深怕一個不小心就被燙到,如果自製指示劑也能像茶葉用「冷泡」的泡出色來,不是更安全更節省能源嗎?最後我們驚喜的發現「紫色高麗菜」的確是冷熱皆宜,而且只要花費10分鐘,難怪教科書都愛用它來製作指示劑。我們還發現用單一材料自製而成的天然指示劑,不像廣用指示劑呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫,可分辨出不同的酸鹼值,因此我們更進一步的將課本中提到的材料互相「混搭」,竟然能製作出更好,更精細的酸鹼指示劑,可以清楚分辨pH1.0~12.0(如封面圖),真是讓我們興奮不已!