化學科

去年由課本高廢液量的電解電鍍實驗，我們已成功的減量至 1/28 及 1/400 倍劑量的自製小型電解電鍍槽(2.5ml)，今年再以突破性的一~二滴 (0.05~0.1ml) 用量即可在短時間內，以省時、省資源的情況下做實驗，但我們每人架設一個放大鏡台觀察實驗還可以，多人同一組觀察則不易，所以我們最後向高難度挑戰：由學校已報廢的投影機內組件及顯微鏡自組出顯微投影機、自設螢幕及聚光散熱箱等，以『一滴溶液做電解電鍍的顯微投影實驗』放大到全組或全班均可看到的結果。最重要的是確實已達到『真正零廢液污染』的目標。

國中理化課程中，在學習以NaCl(aq)電解時，老師說：「電解濃NaCl(aq)時正極會產生Cl2(g)，而電解稀NaCl(aq)卻不會產生Cl2(g)，而是電解水產生的O2(g)。」在好奇心的驅使下，便開始著手研究到底這"稀"與"濃"的界線究竟在哪裡呢？然而，大量的Cl2(g)會造成實驗的危險與不便，於是，便想找出一種裝置，以行"微量"且"輕便"的電解。後來看了滴定實驗，引發了以1毫升的滴定吸管製作電解裝置的構想，並以此主題榮獲參加國立科學教育館所主辦的中學生科學專題研究研習營，獲得教授的肯定，認為這個裝置很特殊，不僅有創意而且很符合環保的要件，可以說是''創意環保電解''。得此鼓勵，更加強了研究有關電解的興趣，便開始探討氯化物的電解實驗。

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。

〝 哇塞！夜市地攤擺滿了閃亮耀眼的金筆，這闊老闆真是勇氣可嘉！ 〞 我驚訝的大吼大叫。 〝 弟弟啊，你真是孤陋寡聞，那是鍍金成品。 〞 爸爸輕鬆的說！回到學校，我迫不及待的向鄰座林同學廣播昨夜新聞，只見她忙不迭地從頭髮上、衣服中、口袋、腰帶裡拿出一個比一個光亮的飾品：髮夾、手環、項鍊、腰帶夾等，炫耀的說： 〝 少呆了，你看！ 〞 這下子面子可丟大了！反問她： 〝 你知道什麼叫做鍍金？要怎麼做才能輕鬆擁有 〝 黃金 〞 呢？ 〞 這下子林同學也無法驕傲了！因為她也不知道！ 回家後，看見姊姊又在做科展，姊姊是科展高手，曾經榮獲北市科展、全國科展，正準備參加亞太科展、國際科展等，使我十分羨慕。今年她研究的題目與電解有關，因此她很權威專業的解答了我的問題。隔天我很臭屁的把昨天學到的本領現學現賣、大吹一番！沒想到林同學居然說：”有本事做給我看”。是啊！從小我們就玩過許多實驗，有這麼多好的題目，豈可錯過！於是我們相邀！ Go ─報名參加學校科展！

根據統計，台灣地區每人每年製造 80 公斤的塑膠垃圾，造成嚴重的環境壓力，且利用塑膠或保麗龍製成的餐具在加熱時會釋出有害於人體的毒素，用過的製品也不易分解，造成的垃圾污染。因此，未來全面禁用保麗龍免洗食具是勢在必行的。但是沒有了保麗龍，吃自助餐時該怎麼辦呢？用紙盒嗎？但如此又必須砍伐為數不多的樹木，用家中的便當盒又嫌麻煩！ㄟ~~如果有一種能取代塑膠、也能被生物快速分解，不會威脅環境的材料不就解決問題了嗎？！那天，在吃 QQ 的蒟蒻果凍時，突然想到，它不也是種聚合物嗎！有沒有可能利用“它”，來變出一種既環保又實用的天然聚台物，用以取代現有的保麗龍及部分塑膠製品呢？於是我們開始了尋找此 一〝 神奇寶貝 〞 之旅。

於高中化學討綸液體蒸氣壓時，分子離開液面的速率，等於返回液面的速率時，是一種平衡狀態，化學反應的平衡，也是一種平衡伏態，但其平衡因素之決定及平衡定律式之關係，由課本所述的模型，我們無法十分真確的了解，環境、溫度、分子本身所擭致的動能，及低位能所具抽象平衡的觀念，如何會是決定平衡的因素。因此我們想設計一們其體而微，能模擬有關決定平衡因素的實驗，並做平衡定律式與濃度、分子間能量、溫度關係之研究探討。

本實驗以檸檬電池為出發點，首先比較不同電解液(檸檬汁、檸檬酸、鹽酸、磷酸)之電位大小，並導入能士特方程式(Nernst-equation)比較各電解液n值與理論n值的差異。接著探討控制不同變因對電池電位的影響，藉由上述之變因，求得其電流(I)、電位(V)及電阻(R)。進一步由電位(V)對電流(I)作圖，找出偏離線性關係的極化現象，並探討極化產生的因素。統整和分析上述之數據和原因，我們找出檸檬電池和模擬電池之各變因的最佳數值，並設計一組自製模擬電池。由上述實驗結果，我們發現電池的電位大小會隨電極種類、電極的距離、電解液的pH值、電解液的攪拌及溫度等因素而變。而n值亦會隨不同種類的電解液及溶液之[H+]濃度而變。 經由本篇報告的研究結果，可以提供一個新電池開發的方向。例如：(1)如何有效的提高電池的電位值 (2)改善電池電位的變因，進一步應用到日常生活用品中，如照明或是MP3播放器…等，是此研究最大的意義。

(一)我們在理化課本第四冊第 22 章第三節，實驗 22 - 3 製造鋅銅電池，要我們觀硫酸銅顏色變化及鋅銅電極重量變化，並進而了解整個電池的化學反應式。不過全部兩小時的實驗，除了毫安培計轉了 32 mA，其它的觀察全叫人失望。 (二)我們發現電解液及鹽橋的電阻實在太大，所以想到利用生物課本中透析用的半透膜來取代鹽橋，使電阻降低，且電極可更靠近，用以增加電流強度。 (三)我們在理化第 23 章二極體簡介，配合工藝課本電子工部份及老師指導，設法解決了光電轉換的問題。 (四)根據理化課本第二冊第 10 章靜力平衡的原理製造了微量天平，用在電池電極重量改變的探討上，再配合密度及浮力的原理，我們避免烘乾、稱重等繁雜的手續，終於讓我們電池探討之旅，得以展開了。

在酸鹼滴定反應中，我們經常利用指示劑的顏色變化來決定滴定終點，不同類型的酸鹼滴定，必須選用不同變色範圍的指示劑。雖然我們可以用肉眼判斷顏色的變化，進而求得指示劑大約的pKa 值，但誤差可能會很大。在本次研究中，我們利用光度計儀與pH 儀，針對指示劑在不同pH 值時，與某特定波長的吸收度變化關係，來正確求得其pKa 值，並得知指示劑在變色過程中所轉移出的氫離子數目。同時，我們亦針對課本中所描述的天然指示劑1,2（紫色甘藍菜、玫瑰花、老薑汁、波斯菊）去研究其變色特性。

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.