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在家裡溫習功課時,偶而陣陣微風飄來撲鼻的惡臭,使我感到非常的驚訝。搬來這新建的公寓只不過一、二個月而已,一切都是新的,怎麼水溝這麼快就發臭了,于是我去請教老師。老師說:「這是細菌的傑作,妳若有興趣可邀幾位同學利用實驗方式求得更進一步的答案。」
每天上下學,常望著「滿街生煙」的馬路興嘆,又看到行道樹生長在煙塵之中,不禁引發了我們的疑惑:空氣污染對植物的影響究竟有多大?因此我們設計了空氣污染對植物影響的實驗,又從實驗中發起了我們對整個空氣污染的問題之興趣,因而我們又設計了此一連串的實驗。 另外,在寒假期間,我們到環保局進行檢驗空氣及污染物的防止消除實驗,得而完成全部實驗。
燃料電池擁有環保、省電、節能減碳、乾淨能源的特性。我們使用碳棒(鉛筆筆芯、石墨棒)進行研究。實驗的變因有不同水溶液、電極棒間的距離、不同的電解電壓、電解質濃度變化、筆芯成份、並聯石墨棒、粗細不同碳棒進行觀察。討論電解食鹽水時,+、-極各成酸與鹼的變化,其中以紫色高麗菜汁的顯色效果最好。電解水(食鹽、氫氧化鈉)的過程就是對燃料電池充電。實際的環保過程是可以用太陽能板來進行充電。充電完自然可以將電力拿出來應用。加入吸水高分子來延長燃料電池的電力。過程中我們也製作多種的實驗器具,方便我們進行研究。最後有兩款教具費用低廉,特別是水族水管連接的電解水裝置,最容易操作使用!
比較金屬活性大小有關的實驗無法清晰明確,〔 尤其是銀白色的金屬光澤(Sn、Zn、Pb、Ag)的相互反應﹞,實驗不生動且變的索然失味,因此進行改進研究。
利用低成本且簡易之方式製作一個微生物燃料電池,以了解其構造、原理及功能,測試不同嗜甜微生物(酵母菌、乳酸菌)在不同濃度下產生電壓的關聯性,並測試不同蛋膜的效果,以及尋找更好的氧化劑和反應條件。實驗發現,以雞蛋的蛋膜作為微生物燃料電池的質子交換膜只能有效隔絕兩槽3分鐘,也就是說所有測量必須在3分鐘內完成,否則赤血鹽水溶液會滲到外槽,造成電壓不穩以及下滑。若改用雙氧水取代赤血鹽水溶液,電壓穩定且反應後只生成氧氣,比較不會對實驗操作者以及環境造成傷害,應是一個比較好的材料。也由實驗結果得知,乳酸菌的電子轉換率較酵母菌佳,另外,微生物濃度增加時,電壓會隨之增加,但反應的最佳條件尚未找到。
某次阿姨告訴我們:「摩擦廢電池的二極可使電池中的電增加」如法炮製後果真如此,於是想更深入研究廢電池的利用。
本研究是以自製的反應儀器全程監控雙氧水加入不同的三價鐵鹽中,伴隨著氧化還原及催化分解產生氧氣的全部過程,其設計流程如下: 反應器→排水集器法→虎克定律→滑尺感測→A/D電路→電腦將雙氧水分解出的氧氣,利用集水桶收集,集水桶的重量向下拉動滑尺,使其感應部分通過光遮斷器,藉由A/D 電路,電腦收集電壓與時間的數據,再配合校準線的資料繪出反應速率與時間的關係圖。研究結果顯示三價鐵鹽中,Fe(NO3)3 和FeCl3 的反應情況較類似,氧氣的產生很快達最高速率,其最大反應速率值約在0.4ml/s-0.6ml/s 上下,但反應也很快完成。Fe2(SO4)3 的反應情況較溫和平緩,慢慢提升其反應速率,且其最大反應速率也較小,約在0.1ml/s-0.2ml/s 上下。藉此研究結果,若要利用雙氧水的氧化力應用於工業的污水處理上,Fe(NO3)3 和FeCl3 較適於速效性(如旺季,訂單大量,產生廢水量較大之行業); Fe2(SO4)3 較適於長效性(如淡季時,不景氣,產生廢水量較少較緩之行業)。若鐵生成穩定錯離子後,其反應速率皆較慢,實驗結果其最大反應速率值約在 0.01ml/s-0.02ml/s 上下,速率比非錯鹽的鐵鹽慢了十倍多。其中Fe(CN)63-,圖形與FeCl3類似,其餘其反應速率較近於定值,可將此結果應用於日常生活中需較固定氧氣產生,而其速率不必很大處(如水族箱之氧氣供應,燃料電池之氧氣供應)。
在實驗室一個偶然的機會裹,把鹽酸滴到飽和食鹽水中,食鹽水竟突然變白,並產生許多沈激物,經仔細檢驗的結果,是「食鹽的小結晶」。而連想到市面上所賣的或在實驗室裹,以蒸發水分製取的食鹽,都很難觀察出其呈立方體的形狀,若能用像上面的方法,來製取大顆粒的結晶,不是既便於觀察,又可應用在教學上,使學生能更進一步的明瞭嗎?因此,便動了研究的念頭,而進行了下面的各項實驗。
鹼性電池使用的電解液均為強鹼,電池中的鋅極會與其發生腐蝕反應,使得電池放電壽命降低,並產生氫氣,而大量氫氣使得電池有爆裂的危險,為了改善上述問題,我們自行設計了氣體觀測儀器,用來檢測銀鋅電池充放電與靜置時之氣體產生量,更藉由探討影響變因的過程找出銀鋅電池最合適之使用條件,例如:電解液種類之選擇、濃度的比較、電極面積與充電電流對使用效果之影響,並改善電池腐蝕程度,進一步提高使用功率,以鋅極處理(Sn:Pb 1:1 )搭配電解液添加物(KOH:Zn(OH)42- 2:1) 非常有效率地抑制氣體產生,更用氯化銀取代傳統氧化銀為正極,大大地提升放電功率至原先的數百倍。
實驗一與二是透過不同顆粒大小的文蛤殼粉末、小顆粒、殼加入無煙鹽酸及37%鹽酸中去了解其溶解冒泡情形及速度。而實驗三是將文蛤殼、香螺殼、牡蠣殼和粉筆研磨,並加入37%的鹽酸中去觀察其冒泡情形與速度快慢。從實驗一得知,無煙鹽酸與文蛤殼粉末反應的冒泡情況最強烈,文蛤殼顆粒次之,完整的文蛤殼冒泡的最平緩。從實驗二,我們發現實驗二的氣泡生成反應明顯高於實驗一,冒泡反應時間較長,最後溶液顏色也不相同。從實驗三的結果得知氣泡生成的反應以香螺粉末最明顯,文蛤殼粉末次之,接著是牡蠣殼粉末,而粉筆粉末的氣泡生成反應最為平緩,只產生了一些小氣泡。另外,冒泡時間長短則是粉筆粉末<香螺殼粉末<文蛤殼粉末<牡蠣殼粉末。