化學科

以本校現有之器材與設備製成鋅空氣電池，並以實驗證明我們製成的電池確為鋅空氣電池。以自製之鋅空氣電池探討鋅陽極製作方式、鋅陽極面積、擴散層中PTFE 含量、催化劑種類、「充電」方式、環境中二氧化碳等各項因素對鋅空氣電池性能之影響，並改變鋅陽極製法及擴散層中 PTFE 含量，有效改進電池性能。

遠足的時候經過竹東鎮四重里，三重里到二重國小，在公路旁邊發現陶磁公司丟棄很多白色的物體，同學們不約而同的走過去，發現很多丟棄的磁器石膏模型和保麗龍。老師說：「全校有二千多位同學，如果每位同學買一包三十多元的勞作材料就要用去八萬多元，如果充分利用這些廢物製作勞作，一學年可以節省十多萬元。讓我們共同研究實驗，這麼多的廢物有什麼用途？」

去年爸爸買了一盒變色筆送給我，我覺得很有趣。最近上美術課時，發現同學們也開始流行用變色筆了。一盒 250 元的變色筆能這麼熱賣，實在不簡單。是那個聰明的科學家發明的點子，還能得到這麼多國家的專利；於是我相同學決定好好研究它，經請教教師後，於是我們展開一系列有關的研究。

模擬自然界各種環境形成結晶的差異，以「緩降」晶體最大顆且硬度最大，加磁、加壓晶體最小顆，加壓密度最大。濃度越高角度越大，加磁會擾亂結晶生長而有各種角度，晶形不規則。緩降、加壓、加磁有助於晶體顏色變深，低溫顏色最淺。雙溶質溶液抑制雙方結晶生長，使雙方晶體都變小顆，雙晶重量也均降低。單晶體積均大於雙晶體積。飽和雙結晶硫酸銅晶量約60%多於明礬結晶量約40%。在緩降、急降、加壓下，包心結晶外圈雙結晶均為硫酸銅結晶量多，晶量多當外圈，晶量少當包心，即為「外晶銅、包心礬」；以「緩降」外圈晶最大顆。加磁無法幫助包心結晶。回收液再製晶明顯比新製晶的體積、密度和硬度均小、顏色淡很多，廢液經處理後無毒性可排入水槽。

當我們做電離質導電實驗時，經過老師一番講解後，使滿懷自信的做了起來，但我們辛苦做出來的實驗，效果卻不理想；不是藥品在溼濾紙上擴散得模糊不清，就是有色離子移動的方向不明，於是心中浮起了疑念，是我們技術太差了？還是實驗本身就有問題？但最後唯一的辦汰就是請教老師，老師說每年做這個實驗都是不理想，但是內心不甘；天下無難事，只怕有心人，這實驗一定有更好方法，就這樣引發了我們的實驗興趣，老師看我們有這股熱誠也義務的指導我們，經我們的熱烈討論，收集資料，以及實驗，這一他改進的實驗就這樣的展開了！

每當遇到有關氫氣的理化實驗，就十分頭痛!不僅需準備大水槽及廣口瓶以排水集氣法收集，收集好的氫氣欲點燃檢驗時，更是擔心火柴會燒到自已、甚至有爆炸的危險。因此我們試著運用常見而經濟的材料，設計一個理想的裝置，提供教師自行製作，隨時隨地可在課堂上演示，且在最安全的前提下，讓學生能清楚觀察氫氣爆炸的威力，打破一般氫氣實驗需在實驗室進行的刻板印象。

由於對電池的好奇，我們展開了一段電池尋寶之旅。我們先從水果電池出發，然後經由一連串的實驗設計，發現電極的種類、距離、面積大小，甚至電解液的種類、濃度大小都可能是影響電池電功率的因素，特別的是我們發現並非電解液濃度越高，產生的電功率就越高，而是有濃度限制的。最後我們成功使用生活中廢棄不用的電線、電池的鋅殼及濃度5﹪的鹽水加檸檬皮汁，設計出環保而又可用的電池，並且應用在自製的玩具上。

去年我和同學去爬山，在山上拾回來許多果子，好像桂圓。我問媽媽「能不能吃」？媽媽笑著說：「不能吃，我們家鄉話叫它『 ㄏㄨㄢˋ ㄗˇ 』台語叫 『ㄇㄨㄚˊ ㄐㄧˋ』。用來洗頭髮會烏亮光澤，不傷頭髮。你看這『 ㄏㄨㄢˋ ㄗˇ 』的皮有光澤，半透明，有皺痕，乾桂圓的殼不透明。這兩種東西不一樣呀！」我聽了覺得很有趣。為什麼樹上會長出這麼好的洗髮劑呢？為什麼用它能洗衣服呢？就帶到學校問黃老師。希望黃老師指導我來研究它。黃老師很高興的答應了，我們就進行實驗研究。

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)。

在氧化還原反應中，活潑金屬(Mg、Al、Zn、Fe)在酸性溶液中才能產生H2的反應是既有的認知自然現象，但在pH＞7的溶液中沒有傳統氧化劑的存在下，活性金屬仍會反應產生H2，活潑金屬有可能會與酸式鹽鹼性陰離子(HPO42－、HCO3－)或這些溶液中的氫離子反應產生氫氣，我們試著用HPO42－、HCO3兩種呈鹼性的陰離子與活潑金屬反應，觀察其反應狀況，礙於實驗設備，我們藉著測其短時間內的氫氣體積量，檢驗此三種陰離子與活潑金屬的反應性，另外，我們亦試驗單純的H＋(HCl)、OH－(NaOH)溶液與活潑金屬反應作為比較及空白實驗。由實驗結果顯示HPO42－、HCO3－與Mg的反應狀況良好，可持續的產生氫氣，HPO42－、HCO3－與Al、Zn、Fe反應狀況極差，幾乎無法產生H2，唯Fe表面有少量的氫氣產生。實驗顯示HPO42－、HCO3－有可以與Mg產生H2的反應活性，且猜測兩者與水中微量氫離子相比，更容易附著在金屬上，所以反應進行的主要原因是陰離子的存在。