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化學科

均衡一下

此研究結合「酸鹼溶液」與「分解者」的科學概念,目的在探討酸鹼中和溶液對自然環境(以黴菌作為環境指標)之影響。過程採用 pH 測定儀及自製滴定器進行實驗,並兼顧質性(觀察討論)與量化(實驗計算數值)之研究方法。研究先蒐集生活常用溶液,檢驗其酸鹼特性;並探討不同濃度溶液之 pH 值變化;且採酸鹼滴定方式,認識酸鹼中和反應;再比較中和前、後的溶液對黴菌之影響,最後找出黴菌存活之最佳鹽類溶液。研究發現:(1)食用溶液多為酸性溶液,洗潔用品多呈弱酸性,而洗廁劑是強酸,但其他清潔劑多為鹼性溶液。(2)加水稀釋後,研究樣本的酸性溶液之 pH 值變化較明顯。(3)清潔劑易影響黴菌之存活與分解功能,但與洗廁劑中和後會改善此現象。(4)不同的酸鹼劑量比例之鹽類溶液,對黴菌之存活與分解功能助益不同。最後研究建議,適宜的「均衡」酸鹼液,是能提高環境中黴菌分解者之功能。

點水成晶

在一次的自然實驗課中,老師讓我們做食鹽溶解的實驗,在溶解的過程中我們不經意的發現到有些玻璃杯溶液隨著時間的改變,杯底竟然出現了一些白色的結晶且逐漸增加中。於是我們便靈機一動,想要研究看看那美麗又神秘的結晶世界。

銀吭高歌

本研究探討如何以銅銀電池反應後之硝酸銀廢液進行回收再利用,而在實驗中我們發現對於高中而言,進行銀鏡反應是最可以妥善利用廢液的方法,所以我們設計四種方法:直接過濾法、加入銅片法、NaCl沉澱法和NaOH沉澱法將廢液做再處理,實驗結果發現:以NaOH沉澱法之效果最佳,結果所形成之銀鏡與純的硝酸銀溶液來進行銀鏡反應相比,效果相去不遠。另外也利用NaOH沉澱法討論硝酸銀廢液之回收率。

親「氫」我的寶貝-光觸媒於混合溶液中照射日光產成氫氣

我們發現當CdS 與ZnS 重量比以2:1 時,能在Na2SO3 及Na2S 的混合溶液中,照射日光產生氫氣,並能有最佳的產率38.18(ml/hr*g),比一般直接照紫外光的效果更好。不只善用自然界的太陽能,還可以生成最乾淨"綠色"的能源-氫氣。我們以 CdCO3 和ZnCO3 做為產氫觸媒的原料,其為黃色的粉末,並以AA 原子吸收光譜儀求得樣品溶液中測得CdS 與ZnS 重量比為2:1。 把產生的觸媒放入以 Na2S 和Na2SO3 混合而成的溶液中,以鋁薄紙包覆以防受光實驗提早進行。把實驗裝置放在日光下照射,以一端管口所接的細量管得失產生氫氣的體積,進而換算產率。 我們的實驗裝置為密閉式的,並無循環裝置,故產氫量有限。未來的發展將是朝著大型開放式的循環系統,使氫氣能源源不絕的產生。 The production of molecular hydrogen upon sunlight illumination of the mixture of CdS and ZnS suspensions in the weight ratio 2:1 in Na2SO3 / Na2S solution have been observed. The best rate of evolution of hydrogen is 38.18(ml/hr*g), which has a higher efficiency than upon UV illumination. It not only make a great use of the solar energy, but also produce the cleanest “green” energy resource─hydrogen.

點滴測定

在一篇科學教育的文章中知悉「藉著滴數的測定可以得到酒精水溶液不同濃度關係」因此聯想到-是否別種常見的水溶液也具有這種不同濃度的關係?如果有的話我們用什麼樣的裝置,才能快速便捷且精確的算出這種水溶液的滴數?

“速”“氫”專案

對於基礎化學(三)的實驗教材中秒錶反應(IO3-+3HSO3-→I-+3SO42-+3H+)其反應速率的測定結果,反應速率與[KIO3]成正比,即對[KIO3]而言為一級反應關係。進一步探討影響反應速率的因素,改變配製藥品中H2SO4的量,探討對秒錶反應的反應速率影響,發現變藍時間的倒數與[H+]成正比,即對[H+]而言為一級反應關係。改變每次實驗中H2SO4的量,發現只要每次實驗過程中H2SO4的量固定,則[H+]的大小不影響級數的判定結果。 [H+]愈大,對第二步反應(IO3-+5I-+6H+→3I2(s)+3H2O)產生I2所需的[KI]愈小,但要有一定的[KI]才能產生I2,此結果會影響秒錶反應速率的測定中,當[KIO3]太小時,變藍的時間測定會比預期的時間長,而造成判定的誤差變大。由電位的計算知當溶液變藍時,剩下的[HSO3-]相差不大,故[H+]變大對秒錶反應中變藍時間的影響討論並非是第二步提早反應的關係,應是[H+]會影響秒錶反應的反應速率。重複實驗結果相同,更加確定結果之正確性:秒錶反應的反應速率R∝[IO3-][H+]

智慧型倉庫管理員-晶格堆積新解

在高中化學課程中提到的離子晶體,主要有「平面三角形」、「四面體」、「八面體」、「立方體」等四種、而離子晶格到底是如何堆積,國內目前所有的高中課程內容都是利用陰陽離子的半徑比與配位數的觀念來解釋。本組採用另一種思維-「空間使用率」的概念,以此概念來解釋同樣的情況,發現這樣的解釋與「配位數」說明之後所得之結果是完全相同的。經過理論的推算與實驗的驗證,本組成功地發現在大自然界中,離子晶格堆積會遵循「最大的空間使用率」來進行堆積。簡單地說,大自然在晶格堆積中所扮演著是一位相當有智慧的倉庫管理員。

以水活性值作為食品水分含量和水溶液濃度估算之快速量測工具

本研究目的在發展以水活性值作為食品水分含量和水溶液濃度估算之快速量測工具。對檢體之多點30℃水活性與水含量作圖,結合四階多項式數學模式模擬等溫吸濕曲線方程式(Moisture Sorption Isotherms)。以水活性實測值內插換算,獲取食品水分含量。對檢體之多點水活性與濃度作圖,結合多項式數學模式模擬水活性濃度曲線方程式。以水活性實測值內插換算,獲取水溶液濃度。結果顯示,隨機收集的食品檢體實測值與以模擬曲線內插而得之水分含量值偏差多不超過3%,實測值落點皆分布於模擬曲線附近,表示以此擬合曲線推算含水率確實可行。同時,水活性濃度模擬曲線準確度佳,不只適用於稀薄溶液,大範圍濃度均適用。

酵中帶電-酵母菌燃料電池的初探

本實驗主要探討酵母菌在不同變因下的發電狀況,實驗變因有:電極材質、裝置的封閉與否、緩衝溶液的酸鹼度、糖水濃度、酵母菌濃度、甲基藍、赤血鹽等。為避免碳棒電阻消耗電壓,找出電阻相近的碳棒。又為解決碳棒表面易有殘留及碳纖維布電壓不穩的問題,選擇白金作為電極。由封閉與開放系統的測試得知酵母菌在缺氧環境下,發電狀況較差。緩衝溶液pH=3時可得較佳電壓。酵母菌克數在5克內,克數越多,所得電壓越高。在使用2g酵母菌乾粉時,0.4M糖水濃度可得較佳結果。甲基藍對酵母菌電池未發揮電子梭作用;而赤血鹽雖可做為陰極電子接受者,但其效果會受到酸鹼環境和電極材質的影響;赤血鹽造成的電壓驟升包含導電度提高與電子傳導效率提升兩個原因。

綠色感測器─巴拉刈無所遁形

本研究探討以植物作為電極修飾層,對電化學偵測巴拉刈濃度的影響。首先,比較背景電解質溶液對偵測巴拉刈的影響,在氯化鈉溶液中可得到較穩定的巴拉刈訊號。再將植物修飾電極取代原本的工作電極使用,經植物萃取液修飾的電極所偵測的氧化還原波峰電流值均增大,故得知植物修飾層有助於增加偵測巴拉刈濃度的靈敏度。另外,透過經修飾不同層數的菠菜電極偵測,發現修飾二層時偵測訊號有最大值。而且,當預濃縮時間增長時,氧化還原波峰電流也隨之增大。最後,我們將此種植物修飾電極拿來偵測水源、蔬菜液等,並利用標準添加法計算其中巴拉刈濃度。透過實驗,證實了未來將植物作為天然感測器,偵測微量除草劑濃度的無限可能。