全國中小學科展

化學科

自然界的大染缸

本校在三十一屆、三十二屆全國的科展中,以「奇妙的水上印花」及「蔬果花卉妙用多」這兩個實驗,雙雙獲得了第二名及佳作,使我們信心大增,為了想深入的研究,有更多的發現,期望能在大自然中尋找出染布的好材料。

鹵素實驗方法之改良及其化性研究

上製氯氣實驗課時,時有多餘氯氣彌漫教室,嗆得人人咳嗽,嚴重的回家後胸口作痛,所以我們請教老師開始研究如何安全收集氯氣、溴氣等。並進一步研究其化性。

黏土萬用在哪裡?

起初,看到萬用黏土是在老師辦公室裡。老師使用它來黏貼學生送的卡片,公仔及學校海報,所以對這黃黃的小東西很感興趣,但這黏土售價高,於是,與老師討論是否可深入研究萬用黏土及自製黏土的可能,並請老師協助我們尋找製作黏土的材料。 我們製作萬用黏土的主要成份「聚異丁烯」及「碳酸鈣」,依照不同比例調配成附著力不同的黏土。將聚異丁烯的重量固定,加入一定比例的碳酸鈣,從中調配最適合比例的黏土。我們發現,比例「1:1.9」以下所調配出來的黏土過於黏稠【圖一】;而比例「1:2.3」以上所調配出來的黏土,略顯乾硬且會有碳酸鈣未完全與聚異丁烯充分混合。所以,我們決定針對比例「1:1.9」至「1:2.3」的黏土進行進一步的探討及研究。

廢棄木屑催化水解的探討

本實驗以不同類型酸作為木屑纖維素水解的催化劑,以及在不同反應條件(如加熱溫度、時間)下,探討木屑纖維素催化水解的成效。 \r 我們利用催化劑加速木屑纖維素水解成葡萄糖後,一部分溶液加入定量的斐林試液,觀察Cu2O(s) 沉澱量變化,另一部利用旋光度計測定醣類的旋光度。進一步,想要利用催化效果佳的催化劑,改變操作時間、溫度時,找出一個最佳的反應條件。同時利用最佳操作條件,改變水解液與木屑原料之比值,使木屑纖維素轉化為再生性能源能有效被利用。 \r 結果顯示,木屑於不銹鋼容器中加入小鋼珠,以質子酸與路易士酸(0.3 N HCl + 4.0 AlCl3) 為酸性催化劑組時,木屑纖維素催化水解產生葡萄糖的效率最佳。

明礬很糾結

十二水合硫酸鋁鉀(KAl(SO4)2.12H2O),又稱明礬,溶於水會解離出鋁離子,而鋁離子與水結合後會生成氫氧化鋁(Al(OH)3),此為膠狀物質,能與溶液中的細小雜質膠結,並沉降至底部,最後將吸附著雜質的氫氧化鋁濾出即可達到淨水的效果。我們分別設計了五個實驗,利用二氧化矽當作模擬汙染物,探討所設計的變因如何影響明礬淨水的效果,我們以整體水溶液的透光程度(單位為 Lux)作為判斷依據,此外還利用顯微鏡圖像觀測特定高度之水溶液的顆粒變化情形。

天然的抗氧化劑

本實驗是探討一般市面上所販賣的茶品對抗自由基的能力;我們利用化學發光原理來進行實驗,所使用的主要器材為:光敏電阻、三用電表及發光銨(Luminol)溶液。使用暗箱及黑布讓發光中溶液所處的環境保持一致性黑暗,以利得到較為準確的數據。所測試的品牌一共有:(1)不發酵茶:茶裏王台灣綠茶、茶裏王日式綠茶、生活泡沫綠茶、御茶園冰釀綠茶、維他露輕體瞬間綠茶、悅氏健茶到油切綠茶。(2)半發酵茶:茶裏王烏龍茶。(3)全發酵茶:茶裏王英式紅茶。(4)後發酵茶:愛之味健康油切普洱茶。由文獻可知,兒茶素具有抑制自由基的功效,其含量越多,抗氧化的能力越大,抑制自由基的能力就越強,則溶液發光反應的時間將會減短。由實驗結果得知:1.各種品牌綠茶抗氧化能力的大小為:茶裏王(台式)>御茶園>生活>茶裏王(日式)>悅氏>維他露。2.其他茶類抗氧化的能力大小為:綠茶(不發酵茶)>紅茶(全發酵茶)>烏龍茶(半發酵茶)>普洱茶(不發酵茶)。

鋅銅電池之探討及改良

按理化課本 22 - 3 鋅銅電池實驗步驟進行實驗時,所產生的電流很小,尚未達 1 mA, 此現象引起我們進一步研究的興趣,因此希望能改進實驗,使伏特電池更簡便、更持久,且得一更大的電流。

金枝綠葉-綠色能源之探究

生質酒精之酒精濃度、溫度、糖度及pH值都會影響或抑制酵母菌的發酵。以廚餘米飯來製備酒精最佳重量比例為酵母菌:米飯:水=1:100:100,環境條件為pH=6、溫度25℃為佳;有些水果成分中含有抑制發酵之成分,故不是每種水果皆可發酵酒精。甘蔗實施三次蒸餾後酒精度可達70%,最佳重量比例為水果酵母菌:甘蔗汁=1:50,環境條件為pH=6、溫度15℃為佳;茶葉酒精則以發酵度較少之茶葉與其梗為原料較佳,茶葉之枝比葉好-金枝綠葉,前處理以0.5%KOH加5%Ca(OH)2在60℃超音波震盪1hr後以微波加熱90秒,再加入硫酸調至pH<1,超音波震盪1hr再放置24hr以上等步驟為最佳前處理水解糖化程序。

竹炭的製備與竹碳水

本研究以孟宗竹、苦竹及麻竹三種竹材,經微觀實驗得知350℃(一次碳化)前脫出物以水及竹醋液為主,由滴定試驗測得一次碳化之竹炭水pH=7.69 小於市售竹炭水(pH=8.30)\r ;因BET(54.7㎡/g) 較小,使每克竹炭除氯量僅有0.001克 ,且焰色試驗不明顯,故進行二次碳化750℃(1)。麻竹含水率低(14.3%) 但結構鬆散(0.22g/cm3)\r ;苦竹雖結構緻密(0.43g/cm3) 但含水率高(30.1%) ,兩者體積收縮率大(25.13%及23.11%) ,皆不適合燒製竹炭;孟宗竹含水率較低(10.7%)\r 、體積收縮率小(19.29%) 、結構緻密(0.42g/cm3) ,可得較佳之竹炭。由焰色試驗及原子吸收光譜測試結果證實竹炭水中含有Ca2+、Na+、K+ 等離子,但Ca2+與Na+顏色相近,因此先以Na2C2O4\r 使Ca2+沉澱,再進行焰色試驗以確定Ca2+存在。由HCl 滴定試驗得知二次碳化之竹炭水pH=9.60且BET為195.2㎡/g,使得除氯量較大(0.021克),因此得知竹炭不但可放出鹼性鹽類,也可吸附Cl-,使pH值上升;由一次及二次碳化後之竹炭外表長寬變化推知,一次碳化屬纖維間空隙,表面積較小;二次碳化屬纖維內斷裂,表面積較大,這可由表面積\r 測試結果(54.7㎡/g,195.2㎡/g) 得到驗證。

甲基藍之光催化分解動力學研究

在實驗中,我們利用光催化分解有機污染物,並探討其中的反應速率。以紫外光、氧氣及觸媒-二氧化鈦,對甲基藍進行一連串的光催化反應,並設計了四種變因,分別探討反應時間、甲基藍初濃度、二氧化鈦表面積和紫外光波長對反應速率的影響。最後再利用分光光度儀,測量反應後的吸收度,用比爾定律換算出反應後甲基藍的濃度,進行實驗的討論分析。 \r 由實驗得知,隨著反應時間的增加,甲基藍的濃度逐漸減少,但反應的速率卻也逐漸減緩。若反應物的濃度增加,造成碰撞的頻率增加,導致反應速率亦增加。因此反應為非勻相催化,甲基藍需吸附於光觸媒表面較容易進行光催化反應,因此觸媒表面積大小會影響光催化反應速率。若照射光子能量超越能帶差,光粒子數增加,反應速率亦會增加。 \r 綜合實驗結果及數據,因而推導出甲基藍的反應速率定律式: \r r = k [ MB ]0.15~0.30(ATiO2)1.7~1.9