全國中小學科展

化學科

中華民國第三十六屆中小學科學展覽-化學科評語

優點: 一、高中組作品特多,共有21件,為歷年來所少見,且有多件均以課本教材為主題,深入探討或對於實驗提出改進,均可供改進教材之參考。 二、在國中組有二年前在高小組獲蔣的作品,繼續研究改進,從各總便因探討製造金體之最佳條件,今年終於以「晶生有道(續)」為題,獲得國中組第一名。科展貴在長期而有計劃的科學研習,此為一例。 三、展覽方式與學生表達能力較以前進步。 尚待改善者: 一、多數參展者不了解實驗數據的處理方式(例如多次測定的準確度,數據的再現性等)。 二、多數參展者,文獻的探討不足,對過去是否已有類似作品,並不了解。 三、少數研究題目內容超出作者可理解的程度。

吸金耶!磁性奈米金粒的製造與修飾

研究中主要是利用簡易的化學反應製造出含金粒子的磁性奈米粒,能應用在生醫、環保等多種領域,故此高反應性的磁性奈米金粒未來發展潛力無窮。 根據 分別改變 Fe2+和 AuCl4− 的莫耳數比、加氨水前的反應時間、等比例下反應濃度等變因,製成最佳型態的磁性奈米粒。並將產物浸泡於帶氫硫鍵的p-Nitrothiol Phenol( PNTP )中,再以拉曼光譜儀測試磁性奈米粒外層金粒子所鍵結的PNTP 含量,比較出可參與反應的金粒子數;實驗後發現固定四氯金(Ⅲ)酸濃度時,硫酸亞鐵溶液濃度越高,平均產量愈大,但含金量下降;而 Fe2+和 AuCl4− 的莫耳數比固定時,反應的濃度會影響磁性奈米粒的型態;加氨水前反應時間愈長,平均產量變動不大,但含金量先上升後下降。

Eye生活-論薑黃素之護眼功效

本研究主要探討薑黃素的濾藍光和抗氧化作用。結果發現:(1)薑黃素確實可以有效降低藍光穿透率,且與凝膠厚度、濃度成一次線性函數關係。(2)在加熱、藍光、紫外光照射下,薑黃素具有不易被破壞的特性,可持續維持濾除藍光的效益。(3)相較於維他素C,薑黃素也同樣具有高抗氧化的特性。(4)在加熱後,薑黃素也保持良好的抗氧化力;在藍光、紫外光照射下,其抗氧化力是有隨時間提升的趨勢。 最後,我們用薑黃素製作出濾藍光薄膜,建議可廣泛運用在螢幕保護貼、濾藍光鏡片、燈具遮光罩、日拋隱形眼鏡或人工水晶體上,以減少藍光對眼睛的損耗。未來,在醫學治療上,也可以結合薑黃素的抗氧化力來開發眼睛保養液,以降低眼球細胞膜的氧化損傷。

「紙」能生電?!—自製薄膜電池效能分析

本研究利用自製輕薄且方便的薄膜電池,以鋅粉及鋅膠帶為負極、二氧化錳為正極,探討影響電池電流及電壓的因素,並製備可串聯的薄膜電池。目前研發之最佳電池單顆電壓已可達1.5V,當使用酸性的氯化銨電解液時,電壓優於使用氫氧化鈉之鹼性電解液電池;而電池負極採用鋅膠帶時,電壓及電流也明顯高於使用鋅漿料之電池;電極間距所取寬度為3.5mm之電池的電壓及電流最高;而當電極本身寬度為0.5mm時,電壓於數據中顯示為最高。進一步將電池串聯後,發現兩顆電池已可驅動基本電子元件,而串聯五顆電池之電壓平均更可達7.3V,效益與市售電池相仿,但所占體積卻輕薄許多。本研究未來將繼續探討影響薄膜電池的各種因素及在生活中的可應用性。

電解水及燃燒熱實驗的改進探討

我們喜歡動手作實驗,課本裡的每一實驗均被我們作過,理論與實驗仍十分配合。唯有電解水及燃燒熱讓我們感到困惑,或因誤差大,或因裝置不良等。因此請教老師,老師告訴我們:「要有客觀的實驗數據才能支持你們的看法。」同時給了我們兩本科展優勝作品專輯,要我們先收集資料,再作大膽的假設,動手實驗小心求證。

電電看就知道

酸鹼滴定(6)由於指示劑(5)變色判定不易,且反應速率(5)及沉澱滴定(1)並也是以肉眼判定實驗結果,因此不易判定當量點,但三項試驗皆會牽涉電解質(2)溶液中離子的變化,所以本研究欲利用導電度判定當量點及反應速率級數。 本次的研究的實驗分成兩大部分,第一部分為討論電解質水溶液中影響導電度的因素。由實驗結果得知,電解質溶液的導電度大致上符合歐姆定律(3),而且測量導電度時,必須避免極化程度以及電解作用的干擾,所以要除了必須將輸出電壓控制在2 ~ 3V,也需固定以下變因:(一) 通電時間 (二)反應溫度 (三)電極距離 (四)電極表面積。且由實驗結果可得到 CH3COOH(aq)之平衡常數(7),在0.02M 時為1.94×10−5,其誤差值為6.11%。 第二部分則是進行酸鹼、沉澱滴定,結果顯示以此方法判定當量點誤差值均在4%以下。並以導電度測定溶液濃度與反應速率之關係(5) , 由結果可得到 之反應速率定律式為,與預測之實驗結果一致。由此可知由導電度進行有關電解質溶液的實驗是一準確可行的方式,並可應用於其他電解質溶液的化學反應。

醋鹽Cu(NH3)4SO4H2O製作方法之探討

在化學實驗第三冊實驗八之二,我們按照實驗手冊上的方法來製備錯鹽晶體,並觀察其晶型,而我們做出來的錯鹽卻幾乎看不出有任何結晶,只能稱之為一堆「糊狀物」經過探討是因乙醇加入速率太快,故不能得到漂亮的片狀晶體,所以用半透膜來改進這項缺點,並且對於為何加入乙醇感到奇怪,經過老師詳細探討後,知道是乙醇的介電常數( dielectric constant )比水小的緣故,我們也曾試用無水 CuSO4(s)做實驗( CuSO4(s)+ 4NH3(g)+H2O→Cu(NH3)4SO4•H2O)但因 CuSO4是固態, NH3是氣態,故很難反應,於是改用CuSO4 · 5H2O及氨水來做實驗( CuSO4•5H2O + 4NH3(aq)→ Cu(NH3)4SO4.H2O+ 4H2O )結果反應可以進行。

母親的叮嚀

從小時候起,每當吃飯時,母親總對我們說:吃飯要慢慢吃,多嚼幾下,這樣可幫助消化。我們都以母親的話做,但却不了解原因,剛好在白然科學第七冊裡,談到飯經咬嚼後叫消化成葡萄糖,可由本氏液交互作用中顏色的改變而知道。在做這個實驗時,我們發現液顏色的政變情形是由淺藍一淺綠一黃綠一土黃一紅。而且飯中溶液顯色的改變有所不同。是不是飯裡葡萄糖不一樣多?還是有其他原因?如果吃飯時多咬嚼幾下,可否使飯產生更多的葡萄糖?那我們能否由與本氏被交互作用中顏色的改變而知道嗎?為了能親身體會媽媽這句話真實性,我們在老師指導下,做了以下的研究。

做透透,玩透透

濾紙浸泡在濃硫酸溶液中(75%、10℃、60s),再以大量清水沖洗,氨水中和後可以成為有韌性的半透膜。玻璃紙上下兩面同時浸泡於0.012M黃血鹽與0.024M硫酸銅溶液,在表面形成Cu2Fe(CN)6薄膜,改變紙的孔洞大小,成為更理想的半透膜。將硫酸紙(A)、Cu2Fe(CN)6紙(B)與蛋膜(C)、透析膜(D)、玻璃紙(E)進行選擇性滲透測試,均可讓葡萄糖、蔗糖通過,但澱粉則被阻擋;葡萄糖水溶液之滲透速率:B>C>E>A≒D。蔗糖水溶液之滲透速率:C>B>E>A≒D。離子Cl-、Pb2+、Ag+、Cu2+均可通過。離子擴散實驗,Cl-擴散速率:C>E>B>A>D,Pb2+擴散速率:B>C>A>E>D。以半透膜隔開Cl-與Pb2+溶液,在Pb2+溶液端生成白色針狀之PbCl2沉澱。

新式光觸媒奈米磁鐵(TiO2 @ Fe3O4) 分解玫瑰紅染料之研究

本研究主要以環保氫氧自由基分解有機染料玫瑰紅,首先探討Fenton法、Photo-Fenton法對玫瑰紅的分解效果,發現於30℃、pH=3時具有優勢4。而後以Photo-Fenton法結合幾丁聚醣泡綿,使玫瑰紅消除率達95.73%,大幅提升Fe2+對玫瑰紅的分解效果。並將奈米光觸媒TiO2及奈米磁鐵TiO2@Fe3O4在各種變因下不同的實驗結果進行比較及理論推演。發現奈米磁鐵TiO2@Fe3O4於20分鐘時消除率為99.97%最佳,且於可見光下有良好活性及材料本身易回收之優點。 進一步運用分光光度儀檢測原理,以一個便宜的光敏電阻檢測裝置,結合奈米磁鐵TiO2@Fe3O4,研發出具「高效率、低成本、環保簡易、即時檢測」的一套自製光觸媒循環暨檢測系統。對於1x10-4M之玫瑰紅循環1小時後,消除率為99.95%。