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化學科

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。

紫外光與飲水機的水質

臺灣自來水生飲的問題重重,導致自動飲水機成為社會的寵兒,由於使用機會日增,對人民生活影響日鉅,所以水質的潔淨與否,確實對大眾的健康有重大的影響,有感於此,引發吾人研究的興趣。

果汁會變色嗎?

有一天在學校吃過午餐,拿出媽媽為我準備的蘋果,削了皮吃,因為太大只吃了一半,剩下的用塑膠袋裝回家。到家打開一看,蘋果變成淡褐色,流在袋子裡的汁液是深褐色,為什麼?其他果汁是不是也有這種現象呢?到學校和同學談起這問題,覺得滿有趣,於是請老師指導我們做了一連串的實驗,好解決我們心中的疑問。

讓我們瞧瞧有色離子移動的真面目

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!

以自製的反應儀器研究鹽類對雙氧水分解反應的影響

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)。

同是一家「氫」?-鹼性的酸式鹽陰離子溶液與活性金屬的氧化還原反應探討

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。

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。

廢物利用 - 自製萬能糊

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?」

微量過氧化氫之檢測

本研究目的在找出檢測過氧化氫含量的新方法,並以此檢測待測物所含的過氧化氫含量。我們首先找出能與雙氧水呈現明顯反應的物質──紫質,以UV-vis分光光度計檢測不同紫質加入定當量數之過氧化氫後的吸光度變化,結果顯示CoOMTPP之靈敏度最佳,且呈現線性變化,可用於定量極微量的過氧化氫。 而另一紫質CoOETPP被氧化後會產生明顯的顏色變化,故可嘗試用來定性分析過氧化氫溶液。我們將CoOETPP製成試紙,觀察其吸附效果及滴加過氧化氫後的顏色變化情形。結果顯示,此試紙可檢測濃度3.54ppm以上的過氧化氫溶液,優於市售碘化鉀澱粉試紙之檢測極限25ppm。

氫氣爆炸及其安全教具--巧易做

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。