化學科

在國中化學課第十三章電解質時，我們同學之間起了爭論，有人說他在坊間參考書裹所作的題目，都提到電解質是：「愈稀愈容易導電」，可是在第九章作水的電解實驗時，加入幫助導電的硫酸，卻明明是所加的量愈多，電解生成氣體的速率愈快，也就是說：「愈濃愈容易導電」，這到底是怎麼一回事呢？求教於老師，老師說：「要討論一個問題，必須對於問題的『 內涵 』(In- tnsion)和 『 外延 』 (Extension)弄清楚，特別是在科學上，一種原則或性質上的敘述，必需要先了解它的 『 定義 』 ，研究它的 『 變因 』 ，再尋覓一種具體而簡單的 『 模型 』 來解釋它，這樣對問題才能深入，才不致於一知半解、似懂非懂、人云亦云；現在問題既來，你們已經有了相當的理化基礎，何不親自動手 『 從做中去學 』 呢？」於是我們幾位同學，就在老師的指導下，開始來「實驗以驗實」。

近年來在各大報章雜誌或是電視上都有一個顯著的熱門話題，那就是「醋對XX的功用」。有些同學也對這個問題展開了探討。敬翔說：「我媽媽常常在煮菜的時候加了些醋，使菜更香更好吃。」農樵說：「我曾經把一朵粉白色的花兒放進醋中，它竟然變成紅棕色的花兒呢！」育如說：「我看見隔壁的趙伯最近常常在喝一很養生醋，喝得臉色紅潤、精神煥發的樣子。雖道醋對人體也有什麼特別的功效嗎？」大家都覺得醋很神奇，都想「打破醋缸問到底！」於是請陳老師指導我們研究醋的妙用。

利用電解池的導電性會隨著溫度的改變的特性，將電解池串聯風扇後，製作出一個 簡單的溫控風扇。在室溫較高時，溫控風扇能發揮出近85%的轉速，提供使用者涼爽的 環境；隨著溫度的下降，使用者不需要很強的風力時，風扇也會自動降低轉速，為使用 者省下更多的電能。我們不用花大錢買新的溫控元件或買新的全自動風扇，也可以讓「不 管是懶人還是窮人」，都可以輕鬆省錢、省電、救地球。

夏天上課，汗水直流！「同學！你怎麼都不熱？」「我有冰包，輕輕一壓，立刻透心涼！」「那裡而裝的到底是什麼？」於是，心裡不禁起了一探究竟的好奇心理！

黃麴毒素係由黃麴菌屬等多種黴菌所產生對人類或動物具有高度毒性的次生有毒代謝產物，它不僅已被證明對某些動物引起原發性肝癌，更由於流行病學之研究，顯示與人類肝癌的發生似乎具有密切的關係，是一種可怕的致癌因子。產生黃麴毒素之微菌廣佈於自然界中”無論在穀類、食物、種子，飼料等只要在環境因子適當的條件下，皆有受到該毒素感染的危險，而直接或間接影響人畜生命之安全，自 1960 年英國農場發生十萬雙火雞集體中毒後，已激發世界各國對黃麴毒素污染農產品的重視，紛紛作其污染農產品之調查。

「滲透作用」是專指水分子通過半透膜的作用，水從水分子濃度高的區域自由通過 半透膜到達水分子低濃度區域，此現象與擴散作用相同，本實驗研究主題有(一)就電解質 與非電解質，探究影響滲透速率的變因。(二)討論在「強電解質離子溶液」中的離子數、 離子所帶電荷數、離子水合程度與滲透作用的關係。(三) 滲透作用在日常生活的應用。

我們用糖度計來推算硫酸銅的濃度，調配所需的硫酸銅溶液。發現適合培養硫酸銅晶體的濃度為24～26°Brix(39.9～44.4g)。懸吊的晶體重量比置底晶體增加較多，厚度較厚，而置底晶體長度增加較多，厚度較薄。硫酸銅多次培養的晶體形狀維持不變，正面為平行四邊形，兩側面形狀較不規則且不平整，易出現混濁不透明，且原有晶種形狀會保留在晶體內部。晶面多為成對平行出現，晶面夾角固定為60ﾟ、120ﾟ、70ﾟ、110ﾟ、145ﾟ、155ﾟ。 通電後的硫酸銅溶液培養晶體，靠近負極硫酸銅晶體的成長速度較慢。磁力對於硫酸銅的晶體成長，沒有明顯的差異。硫酸銅晶種用棉線纏繞包覆後，仍然能維持固定晶型成長。在同一杯硫酸銅溶液中，放在越下面的晶體成長速度越快。

以石墨棒為電極電解水所得的氫氣和氧氣之體積比竟然高達 12：1 甚至更高，此結果與我們在課本的認知上有很大的差異，為此我們設計了本研究，深入研究影響氫氣和氧氣之體積比異常之各因素，包括電極是否受污染、電極種類、電極面積、電解質種類、濃度、電壓等等因素之影響。由這些廣泛的探討與產物性質之檢驗結果，也讓我們了解以石墨棒為電極電解Na2SO4(aq)、H2SO4(aq)為何嚴重偏離氫氣和氧氣之體積比2：1 之原因。此外；由本研究亦意外的發現以石墨棒為電極棒電解NaOH(aq)在低電壓電解(4V 以下) 得接近氫氣和氧氣之體積比2：1 之結果，然而當電壓上升至5V 以上時，電解所得之氫氣和氧氣之體積比急速增加至8：1 以上。 由本研究發現石墨棒中之不完全結晶碳成分在電解水的反應中可在陽極和電解質離子發生副反應，此副反應在Na2SO4(aq)、H2SO4(aq)有較低的啟動電壓(4V 甚至更低即可)，而在NaOH(aq)則有較高的啟動電壓(約5V 以上)，此外；我們亦由電解之產物分析推得各電解條件下所發生之反應。

國中化學對於化學反應的觀察與反應速率的探討，通常是採用肉眼直接觀察的方法。它只能夠讓學生大致的瞭解化學反瞧前後的差別。至於反應期間的變化情形，則較少討論。再則，就我們的經驗所知，化學反應時的性質改變，除了發生沉澱物或產生氣體的情形以外，還有顏色深度的改變，顏色的突然改變或 PH 值的變化。各種不同性質的改變應有其適當的觀察方法。因此我們研究按照化學反匯時各種不同的性質改變，分別設計適當的實驗方法來觀察化學反瞧的情形並且探討變因如何影響反應速率。

近十幾年因為工業化後，河川及海洋常遭受工廠排放的廢水所污染，因此本實驗擬將奈米光觸媒照射紫外光後會產生氫氧自由基(OH‧)攻擊（氧化）有機物的特性應用於染整業廢水之脫色及曠化處理上。研究中採用染整業者常用的黑色偶氮性染料(Reactive Black 5)作為模擬染整業的廢水；光觸媒反應器中的奈米二氧化鈦(TiO2)光觸媒則採用台灣光觸媒公司所生產的光觸媒水溶液；照光方面則選用波長最接近可見光的UV-A(365nm)的燈管來模擬太陽光。實驗結果顯示在酸性環境下的處理效果較中性及鹼性佳，在pH=3 時，總有機碳（TOC）移除率可達到80%，且色度移除率接近100%。