全國中小學科展

化學科

醜小鴨變天鵝—伏打電池大進化

上理化課實驗 14-1 製作電池時,發現燒杯中的電解液常被翻倒,弄得實驗桌上都是化學藥品;當時我想:如果電解液能由液態變成固態就好了!跟同學逛街時,發現路邊常常有人在賣果凍蠟燭,當時靈機一動:如果能夠將課本上的伏打電池改成果凍電池那該有多好呀!三年級學過:將不同活性大小的金屬以電解質隔開,則會產生電流。因此,隨手可得的鋁罐、鐵罐再回收利用,既環保又可創造能源的想法引起我們研究如何改良電池的興趣。在我們創造銅─鋁電池的過程中,注意到了前人從來沒有注意到的電極反應問題、反應生成物的檢驗方法、內電阻的計算方法、果凍電池、創意電池等,真可謂站在前人的巨大肩膀上。

氯化氫分析法之材料選擇與改良研究

在國中化學課本第二冊第七章第二節,提到分析 HCI 中含有H 元素之實驗,所使用 IICI 加 Fe 粉的驗證。經我們實驗結果,發現使用 Fe 粉不易發生反應;實驗時間長且效果不佳。同時我們也發現在試管底側小孔上方點燃H2,經常不能有火焰出現。為使初學者有較好的視覺效果,我們除改用. Zn 粉、 Al 粉外,更把試管改良成尖頭來進行這個實驗。

水果小姐的SKII

星期天早上,媽媽把賴床的我叫醒,並打了一杯蘋果汁給我喝,然後就出門了。 我果汁才喝了幾口,電話響了,我趕緊跑去接電話,原來是建良約我去學校打球,於是我便拿著籃球出門去囉! 等到中午回家,想起早上未喝完的果汁,可是找了很久找不到,只見桌上一杯暗褐色很噁心的東西,我想八成是弟弟把我的果汁偷喝掉了,還故意放一杯假的蘋果汁在桌上。 於是我很生氣地去向媽媽告狀,媽媽說:「你的果汁在桌上沒人偷喝呀!」 原來我的蘋果汁已經變色了。 我問媽媽為什麼果汁會變色呢? 媽媽說那是因為蘋果中含有鐵質的關係。 我越想越好奇,真的是這樣嗎? 那還有哪些水果也會變色呢?有什麼方法可以保持它的色澤和新鮮度呢? 星期一到了學校我這好奇寶寶馬上去找老師解答我心中的疑問。 老師聽了笑笑說,既然你想知道答案,那就找幾位同學,蒐集各類資料,我們一起來研究吧!於是在老師的指導之下,我們展開一連串的研究。

格銳目擴散定律與擴散頻率的探討

自古好奇心的驅使便是促進研究的原動力,上過第三章氣體動力論後,我們對此為不可觀,藐不易測的氣體分子物系深感興趣。在科學研究的過程中,對適當模型的探究往往可得更深切的了解及發現,且更亦對此物系做更進一步的研究和討論,於是我們幾位同學與老師共同設計此乒乓球模型,作有關氣體通孔擴散速率與分子個數、質量、通孔面積及溫度之關係的探討。

奈米分子篩與本土植物染,讓藍染復活

本實驗提供一個使傳統藍染工藝復活的契機,希望從減少時間成本、珍惜染料資源、減少操作複雜度、根絕水污染及減少臭味等方面提供改善方案。從結果可看出得知鉑黑分子篩可無窮重複使用,在反應過程中無其他副產物出現,並且可在常溫中進行,相對於化學還原法尚會生成硼酸鹽類,雖然硼酸鹽污染性低,但硼氫化鈉反應性高,在水中除還原染料外,尚會自行分解,故從環保、安全及經濟方向思考,鉑黑分子篩確實是讓藍染工藝復活的不二選擇。本實驗發現分子篩催化還原法,其反應以速率定律式來看為零級,如此可使控制及管理更為方便,可在反應之初,就可正確預估何時必須加入反應物劑。未來希望尋找更多具同樣性質的還原劑,及不同植物染料,使其不僅符合經濟效益,更可結合傳統與現代,使傳統具有新的生命。

「銀」「鋅」送舊-矽藻土添加奈米銀/氧化鋅防黴抗菌大作戰

本科展將市售矽藻土結合奈米銀水溶液以及氧化鋅粉末製作出一個真正具有抗菌、防黴功效的奈米銀/氧化鋅矽藻土材料。首先,探討矽藻土添加石膏、凝固劑以及改變粉末直徑對於成模固定化的影響。接著利用水熱法合成奈米銀水溶液。之後以化學沉澱法合成氧化鋅粉末。最後,則是將抗菌材料與矽藻土結合,再進行抗菌實驗。由實驗結果得知,水熱法使用0.1M的硝酸銀可合成出約10nm的奈米銀水溶液,而化學沉澱法則以0.1M ZnCl2與0.2M KOH原料進行反應,即可獲得氧化鋅粉末。對於大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及黴菌抑菌實驗證明,當10g矽藻土添加12ml 2877ppm奈米銀則抑菌百分率分別為96.2%、96.7%以及58.5%,若矽藻土添加1%氧化鋅以及12ml 2877ppm奈米銀則可達94.8%、87.6%以及78.1%的抑菌效果。

蝦兵蟹將─讓「磷」不再有問題

蝦蟹殼主要由幾丁質、蛋白質、礦物質三種成分組合而成,重量大約各佔三分之一,本實驗以蝦蟹殼為原料,經由洗淨、乾燥、磨碎之後,再以強酸強鹼處理,分離出幾丁質,幾丁質再經高濃度強鹼反應,製得幾丁聚醣,由於幾丁聚醣可溶於弱酸,因此其應用性較為廣泛。實驗中將幾丁聚醣溶於醋酸溶液,並使用培養皿為模具,製作幾丁聚醣薄膜,探討幾丁聚醣薄膜對於不同濃度及不同pH值的磷酸鹽類的吸附情形,以及單片幾丁聚醣薄膜對於磷酸鹽類的最大吸收量,最後再以真實水體進行測試。實驗的證明可以得知幾丁聚醣薄膜在pH=5.5的環境下對於磷酸鹽的吸附有顯著的效果,約可以吸附0.154mg P /0.2g幾丁聚醣(單片),有助於水質優養化的改善!

鹵烷及其水解反應動力機構之研究

在新教材化學課本第六章中,專章討論化學動力學。課本所述,多為純理論,我們想在實驗室中,利用實驗以了解反應速率,探討速率常數的變因。因課本所述,幾乎為無機反應,我們對動力學的認識,是否適於有機反應? 高中化學東華本第十七章與新教材第十三章有機化學,提到鹵烷水解可為一次或兩次反應。我們希望利用鹵烷水解這一有機反應,設計實驗,以求徹底了解鹵烷水解反應,並期使對化學動力學有一完整的觀念。

「星」火相傳-星光黏土與自製耐火配方之研究

我們從網路看見一位國外網紅破解了星光配方,重現星光耐火效果!讓我們對耐火黏土產生興趣,自製檢測裝置進行耐火黏土配方與原理探討。 我們分析耐火黏土的基本組成有「黏土粉、黏膠、膨鬆劑、添加物」四類材料,測試出最佳耐火配方①黏土粉:玉米粉、②黏膠:白膠雄獅或糯米膠、③膨鬆劑:小蘇打、④添加物:增加軟度—漿糊;降低溫度—明礬、硼砂、滑石粉。歸納出黏土耐火原理是表面受熱產生膨脹碳泡沫,內部產生千層派或多孔洞麵包結構,小蘇打產生的CO2取代孔隙的空氣,產生耐火效果。 我們調配自製三種耐火黏土配方「白膠雄獅明礬」、「糯米膠硼砂」、「糯米膠滑石粉」,其耐火效果都優於國外網紅配方,且可塑性更佳,甚至誤食對身體無害。

廢乾電池大變身

我們拆解廢乾電池內容物的三個部份為:碳棒、鋅殼、黑色乾燥或膠狀物質。除了將回收「碳棒、鋅殼」重製電池再利用外,我們還承襲本校已研究出的「微形電解電鍍實驗」以取代耗材、污染性高的傳統實驗。我們也創新的研究出將廢乾電池內所有的「黑色廢材混合太白粉」,製成可以取代傳統酒精燈「當熱源的燃料」及獨創「以燃料片當熱源的加熱系統」設計;「黑色廢材混合白膠、廢紙、洗米水」,製成「可遮陽防曬的窗帘」;檢測黑色廢材內含錳化合物的催化能力,設計改進傳統雙氧水以二氧化錳催化製氧的節能實驗。我們不只讓廢乾電池的廢材回收率高達90%以上,我們還結合其它廢材組合成可再利用及環保減碳的實驗設計。