全國中小學科展

化學科

數種教具的改良、創作

日本教職員發明展覽得獎作品「水的電解與合成」的實驗裝置,如圖一,具有參考資料「簡易實驗裝置的設計一水的電解與合成裝置」所述的各項優點,但仍具有多項缺點:(一)製作時,甲、乙大頭釘燒紅後插入壓克力管,故大頭釘與越克力之間沒有空隙,不會漏氣。甲、乙大頭釘接電子發火花座,實驗時引起火花,點燃氫氧混合氣。實驗後,大頭釘易鏟蝕,若欲換裝大頭釘,則找出甲、乙大頭釘之後,壓克力管殘存的小洞,即使再插入新的大頭釘,也無法完全堵住空隙,難免漏氣、漏水。(二)欲把 A、B 管中的氫、氣混合, A管中的氣體不一定能順利進入 B 管, A 管的氣體常卡在斜板 E 上端的銳角處。(三)當氫、氧混合氣點燃時,斜板 E 常破震掉或震鬆。斜板 E 在電解槽裹面,若欲修護,還需拆掉電解槽底面,相當麻煩(四)整個裝置若有任何地方沒有黏牢,即漏水,還需找出漏水處修護。總之,圖一的裝置雖然製作簡單,但容易損壞,修護困難。為保留原有優點並克服上述缺點,故加以改良。

凍袂條~鋅銅電池之改進實驗

由理化課本 14-1 節中的鋅銅電池實驗,了解電池的基本原理,但是按照課本裡的實驗步驟進行實驗時,所量測到的電流大小不及 1mA(而且數字讀取不易),以及,課本所提的銅原子析出及鋅原子解離的現象也都不易觀察。藉由本實驗,探討出影響鋅銅電池電流大小的因素,主要控制於鹽橋傳遞電子的速度,於是進一步改進課本的實驗裝置,不僅使電流增加高達千倍,並且也明顯地觀察到,正(負)極裡原子析出(解離)的結果。

變形金「筆」~粉筆變身為環保電鍍裝置

學校製造的粉筆垃圾,工業、實驗室產生的硫酸銅(含銅)廢液,我們利用兩者執行教科書的電鍍實驗,並回收到純銅(紅銅)。 前半部的理論研究,我們製作出類似教科書電鍍裝置的「粉筆電鍍裝置」後,逐項討論可能影響其工作效率的九項變因(通電時間、通電電壓、硫酸銅濃度、粉筆長度、粉筆直徑、電極種類、電極埋角、電極深度、電極距離),並求得最佳數值。 後半部的應用研究,我們參考工業的電鍍作法,利用添加物使標準電鍍液(硫酸銅)改良為佳化電鍍液(硫酸銅+硫酸)。然後考慮粉筆垃圾的實際情況,製作出「實用型粉筆電鍍裝置」,並分別求出其使用標準、佳化電鍍液時,最大紅銅質量、最大通電時間、最大平均電流的數值與發生條件。

配製氫氧化鐵膠液之研究

(一)當我們配製氫氧化鐵膠液時,一般方法是(註1) \r (1).以3g的氯化鐵溶於7ml的水中……(A) \r (2).以燒杯城盛水熱至沸騰……(B) \r (3).A加入B,同時攪拌起水解反應→生成赤褐色膠液 \r 而我們依此法配製出來的Fe(OH)3:膠液時,第 l 次,FeCI3,水溶液+沸騰後靜置一下的水;第 2 次:FeCI3,水溶液十沸騰中的水。得到的兩種膠液竟顏色不同:第一次為淺赤褐色,第二次為探赤褐色。

洗衣學問一蘿筐;激「濁」揚「 清」知多少?\n─ 從碰撞學說探討衣服的洗淨與洗清作用

小時候,看著媽媽洗衣,小小個子,攀住洗衣機,視線剛好與操作板上幾個按鈕對齊,好奇心的驅使,常常亂按一通,看著指示燈跳來跳去,樂不可支,也不知道這是幹什麼的?及稍長大,識字後,只知道操作板上面寫的是:「洗衣、洗清、脫水」;左邊另外四對按鈕則分別標示:「水流(強、弱)、洗清(加強、標準)、脫水(強、弱)、行程(標準、節約)」;洗衣槽的右上方另有一個旋轉鈕,標示著:「高(水位),中、低、低一、低二」,媽媽告訴我,操作時要依說明書指示,原則上,髒衣服很多時,洗衣粉用量就要多,各控制鈕都要按在「加強」、「強」、「高」的部位。但是有時候,由我幫著洗衣時,也懶得去翻說明書,反正全部按在「最高」、「最強」的按鈕,洗衣粉多放一些,心想一定會洗得最乾淨,不就得了嗎?何必那麼囉嗦幹嗎!問一問班上的同學,他們也有同感,連他們的家長也有很多就是這樣教他們的,直到有一天,我發現褲子的鬆緊帶被洗鬆掉,衣服的邊觀縫合處,斷線張開,更糟的是,藍色的學生外套沾著一排未經洗清的白色洗衣粉,我才意識到,這幾個按鈕中,一定有不少學問存在,本學期國中理化第三冊 20 章談到清潔劑的去污作用, 18 章則提到反應速率與碰撞學說;有了這一點皮毛的認識,使我決心根據以前理化課所學到的「控制變因」科學方法,對這些影響衣服洗淨與洗清的變因,加以一探究竟。

垃圾變黃金

地球上的能源日趨銳減,人類所製造出的垃圾遠多過於能使用的能源。能否將這些垃圾變成可以使用的能源是我們想探討的問題 。工業革命後,全球慢慢由農業社會轉型成為工商業社會。工廠需要像石油這種可以產生動力的能源 ,人類需要依賴天然氣或瓦斯來烹煮食物、燒開水…等。但是這些能源並不是用之不盡 ,取之不竭的。所以我們想製造一種既可以減少垃圾量,使用後又沒有污染的能源。希望達到環保與再生的目的。為了尋找這種能源,我們詢問過老師,也查過資料。我們發現酒精是一種燃燒後只會產生CO2跟H2O的產物的能源,比起其他能源使用後的產物還要來的乾淨,環保許多。酒精要如何製造呢?這學期自然課中,我們學了「有機化合物」。有機化合物中的「乙醇」也就是酒精,可以利用葡萄糖加酵母菌發酵製成。哪些材料可以做為我們這次實驗的材料呢?我們在街道、農莊、水塘與家中看到許多的垃圾,它們都是碳水化合物;像阿公家種的稻子,收成後不要的稻殼、路邊攤賣甘蔗的小販削掉的甘蔗皮、廚房已經發了芽的甘藷、菜市場菜販丟掉的玉米苞、水塘裡處處可見的布袋蓮以及椰子殼內的椰子肉,都是我們實驗的對象。實驗中我們討論什麼樣的材料最適合製造酒精。並且探討影響酒精產量的因素如:趜菌量的多寡、葡萄糖的濃度、發酵環境的溫度、發酵環境的pH值。經過半年多的實驗研究後,發現選擇的材料中以甘蔗最佳。且配合最佳的發酵條件,可以製造出濃度20%的酒精。我們真的把垃圾變成黃金了!

失落的符號

利用衝壓車床將五種不同的金屬片打印上數字符號,再使用砂輪機將金屬片上的數字刻痕磨光,而後塗抹上四種不同的電解液進行化學腐蝕法和氧化還原法,以期使被磨除的刻痕重現。本研究在探討-銅、鐵、鋅、鋁、不袗金屬,在對上氫氧化鈉、氯化鐵、氯化銅和鹽酸混和液(Davis試劑)及綜合酸試劑中,哪一組的顯現效果最佳,改變電壓和濃度結果又會如何? 最後我們發現: 1. 氫氧化鈉NaOH只對活性大的金屬(如鋁及鋅)的效果較好。 2. 氯化鐵FeCl3對銅效果較佳。 3. 氯化銅和鹽酸綜合試劑(CuCl2+HCl+H2O)對大部分金屬皆有不錯的效果。 4. 混合酸(HF+HCl+HNO3+H2O)效果好,反應很快,但不易記錄,易腐蝕過頭,而且配製過程危險。 5. 電壓和濃度基本上是越高越好,但太高容易有反效果,腐蝕效果太過,連想顯現的的刻痕也腐蝕掉。

驚天「凍」地~探討添加物對「蒟蒻果凍」凝膠機制之影響與感官品評接受度

蒟蒻果凍是具有膳食纖維的美食點心,為了瞭解其凝膠特性與品質變化,操縱變因包含「加熱條件」、「添加糖類」、「改變酸鹼值」、「添加鹽巴」、「其它添加物」、「貯存溫度」等來進行硬度、耐壓力、離水率、切割力、凝膠速度、油脂包覆能力、貯存方式等實驗,並透過「感官品評單」進行嗜好性調查,最後根據實驗結果提出製作建議。 實驗結果顯示: 1.內部凝膠最佳的酸鹼值落在pH3~4。 2.糖的添加有助於凝膠作用,而鹽巴卻有抑制作用。 3.醋和酒精可以延長其貯存期限。 4.貯存方式不宜放置冷凍庫因為水分析出的離水現象最明顯。 5.大眾喜愛的凝膠性是製作比例為「凍粉:水=1:20~30」;凍飲則為「凍粉:水=1:70~80」較佳。

活性碳與各類物質反應之探討 ─ 研究其對顏色、氣體、酸鹼吸收之效率

(1)確立活性碳對膠態溶液及真溶液吸收顏色之性質。 (2)探討活性碳吸收酸鹼之效率。 (3)研究活性碳是否能夠有效率的吸收氣體。

藍色狂想曲-藍晒變色探究

藍晒圖是利用檸檬酸鐵銨與鐵氰化鉀調配成的感光劑,塗在紙上經過曝光、水洗、晾乾等程序,產生深藍色的影像而得名。藍晒圖的成功關鍵有四個條件:(1)適當比例的檸檬酸鐵銨與鐵氰化鉀混合的感光溶液比例60:40,會曝晒出最漂亮的普魯士藍。(2)太陽光是最佳的光源,且藍光是影響藍晒感光的主要色光。(3)最佳的沖洗液是中性1%的雙氧水溶液,顏色鮮明且艷麗。(4)藍晒圖的紙張選擇很重要,我們以紙張的吸水性、紋路、磅數來選擇最適合的紙張,日本水彩紙300磅就是不錯的選擇。藍晒也可以調色,用紅茶、綠茶等浸泡都有不錯的調色效果,藍晒調色也可以淡化、加深。用藍晒法可用來檢測市售抗UV產品的功效,也可以檢測紫外線指數。最後我們用藍晒法製作書籤和相片。