全國中小學科展

化學科

氨在高溫時具還原作用的改良實驗及一些引發的相關問題

上化學實驗課時,老師常會講解一些改良的實驗而得到很好的效果。譬如實驗7-2氣化氫與緻屑的取代反 應,以尖頭試管代替圓頭試管(小孔試管)而後點燃氫氣,可看到淡藍色的火焰,若用鋅粉代替鐵屑作用,則效果更為良好(榮獲十八屆全國科展第一名)。可見科展的題目就在我們的身邊,老師的這一席話,帶給我們很大的啟示與激勵的作用,囚而在平日實驗課時,我們即往意那些實驗理論與實驗有差距之處,那些實驗值得狡們去改艮而能得到更好的結果。在平日的細心觀察與思考結果,有一天,我們在做 16-2 氨將高溫的氧化銅還原成金屬銅實驗時,發現我們所收集到的氮氣不純,它仍含有部份氨氣,而我們也不能以「滅火」的方法就肯定試管內就是純氮氣。我們曾想利用氨易溶於水的性質( l : 700 ) ,將一些水放入試管中搖震,把多餘的氨溶掉,然效果不彰,當我們用玻棒沾取濃鹽酸放入試管中時,仍見白色的NH,Cl。因此,我們想出一個辦法,在過程中,將多餘 的氨吸去,即能得到純氮氣,更何況氯化銨與熟石灰混合加熱產生的水及氧化銅被氨還原時所生的水,往往濡濕被還原成的銅;甚而,氨與氧化銅作用產生藍色的 Cu ( NH3)2+ 4會破瓖成果,致有改良的必要。

自製氣體吸附儀

我們利用化學課本上製氧的方法,設計製造及收集氧氣的儀器,再依照活性碳在水中吸附氣體的方式,測試其吸附氧氣的能力,結果以茶渣、橘子皮、磁磚及咖啡渣為最佳吸附劑,因此以這四種製造氣體吸收劑。我們由實驗測試有孔洞的廢棄物可以吸附氣體。我們實驗結果顯示,應用自製的廢氣吸收劑,配合嚴密的攔阻設計,可有效降低空氣中的廢氣,進一步減緩地球暖化及空氣污染。

風雲變色─鐵銹的探討

國二理化第一冊中,鋼絲絨生鏽的實驗提到鐵生鏽需要氧氣和水,然而影響鐵生鏽的原因僅是如此嗎?鐵鏽只有黃褐色的嗎?我們生活中因為鐵被腐蝕而帶來不少損失和困擾,坊間防鏽及除鏽的偏方五花八門,在在引起我們對於鐵被鏽蝕的興趣,雖然老師說這個化學反應很複雜,我們仍希望藉助電子媒體來詳細探討一番。

銅鋅協力—高能量鋅銅電池

鋅銅電池之標準氧化還原位為1.100伏特。過去已有很多研究,主要以改變離子濃度與改良鑑橋,提高鋅銅電池的輸出功率,但這些實驗設計的電池電壓都低於標準氧化還原電位。本實驗構思運用簡易的組織器材,從改變電解質濃度、使用不同的電解質、添加界面活性劑與鑑僑界面等因素,找出改良方法,提升電壓。並以實驗結果為改良依據,設計與組裝電池。本研究電池成品的電壓可超過1.5伏特,在不串連的情況下,可驅動有額定電壓之隨身聽最高達四小時以上,顯示成品具有高度實用性。

以濾紙色層分析法研究鐵族氯化物錯離子之穩定性

高中化學東華本實驗35「離于交換樹脂分離法」中,以12M HCl溶解含Fe 3+、Co 2+、Ni 2+之鹽,使成氯化物錯離子FeCl6 3-、CoCl4 2-、NiCl4 2-,以與 Dowex 陰離予交換樹脂 No.2 中之 Cl-交換,而吸附於含樹脂的玻璃管柱中。然後逐次降低HCI 濃度,使錯離子之生成反應逆向,再回復為水合 Ni 2+、CO 2+、Fe 3+中陽離子,它們不被樹脂所吸附而由管柱中溶離。般小穩定的氣化物錯無子在HCl 濃度高時即可被溶離;而最穩定的氣化物錯離子在HCl 濃度低時才能被溶離一而Fe 3+、Co 2+、Ni 2+離子是否已溶離出 ,可由定性檢驗得知。依據課本的實驗,溶離時必須保持溶液均勻的流速(每分鐘 2.5ml ),否則會減低 Fe 3+、Co 2+、Ni 2+ 的分離效能,影響混合液的定性鑑定一而大多數同學均未能如此。再者,離子交換樹脂雖於實驗後可以再生一但是,我們發現:許多樹脂於實驗後雖用蒸餾水沖洗 · 並以2M HCl維持濕潤 ,卻已變為綠色,而不是原來的黃褐色,多數同學的實驗未能成功,或許是肇因於此吧!基於以上原因,我們多方思考是否可對此實驗作-變通,期能獲致較為明確的結果,於是進行本研究。

分子立體障礙對於反應速率之研究

在化學教材內曾提到各級醇對於金屬鈉、氫鹵酸之反想速率快慢,同時在下冊又提到酯化反應時,化學鍵所斷裂之情形(已用同位素O 18追踪,並經質譜儀證明)

綠豆萌發時硝含量的探討及蘿蔔硝含量的調查

在人口爆炸的 20 世紀,農作物的增產是無可須臾遲緩。植物體的含氮有機物,不但含量頗多,而且是生理上酵素、肢基酸、核酸、瞟呤等蛋白的構成要素,為了增加農作物的生產,瞭解氮的代謝作用是非常重要的。植物吸收各種含氮化合物以供體內之需要,其中以硝酸鹽氮和銨鹽氮為最主要來源,而在土壤中大部分銨鹽會經硝化反應轉變為硝酸鹽,再供植物體吸收,其反應如下。

搖哩!搖勒!變色水

這是一個趣味實驗裡常常做的一個實驗“藍瓶反應”,雖然是一個很舊的題材,卻有著驚人的新發現。不僅葡萄糖會呈現“藍瓶反應”,半乳糖及果糖均會,且與葡萄糖結構相近的戊五醇、己六醇也呈現藍瓶反應。於是我們就發現了,只要可以繼續氧化的官能基(例如羥基或醛),在其官能基附近有拉電子基的存在,亦產生效果絕佳的藍瓶反應。亦以葡萄糖本身為探討的主題,到底是哪一個官能基最有可能先開始反應?也探討亞甲藍、氧氣、葡萄糖及氫氧化鈉四者之間可能發生的機制及反應級數。於是就慢慢揭開藍瓶反應神秘的面紗。

哈!玻璃不會流汗了

星期日,爸爸帶著全家人上陽明山遊玩。遠眺青山,一片翠綠,卻濛上一層白茫茫的嵐氣。爬上山頂,姊姊的毛衣點點珍珠,好美呀!媽媽說那是霧氣。踏上歸途,突然外面烏雲密布,接著下起豆大的雨珠 · 車內玻璃一片霧氣,把爸爸的視線弄模糊,媽媽忙著替爸爸擦玻璃,擦後又冒出來,爸爸把窗戶搖下一點,一會兒,車內玻璃霧氣消失了。好奇怪!到校請教老師。老師:「那是霧氣,成因很多,你何不實驗看看?」於是我和同學們開始實驗這個問題。

酸鹼「照」的著-天然酸鹼試劑反應顏色數位光學分析法之研究

本研究在探討天然酸鹼指示劑的顏色變化,一般在教學上使用目視的顏色變化,但由於目視顏色變化顏色說明非常的困難,本研究改以數位化編碼RGB(紅綠藍)描述顏色簡單且實用。利用數位相機拍照實驗樣本,利用影像處理取得數位化編碼RGB變化值,再對於數位化編碼RGB變化值轉化為圖表,並建立標準酸鹼水溶液的RGB值,做成酸鹼水溶液RGB值試算表,再利用我們建立的標準試算表,算出未知水溶液酸鹼度,研究結果發現使用照相數位光學分析法計算酸鹼溶液的PH值結果,比BTB指示劑效果佳,另使用照相數位光學分析法,利用切割色塊、RGB數位碼、圖表、試算表說明酸鹼水溶液的變化,使水溶液酸鹼檢驗更有趣及具體化,操作也簡便,可做為酸鹼檢驗的方法。