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化學科

探究直流電加熱不同金屬產生燃燒條件及其改進教材中有關空氣中氧含量之實驗設計

本研究探索鎂、鋅、鋁、鐵四種金屬通直流電加熱燃燒的可能性後,巧妙設計出一個鎂帶與鋼絲絨組合的方式,透過乾電池點燃鋼絲絨再加熱鎂帶產生燃燒現象,可用以檢驗空氣中氧氣的含量,實驗結果發現空氣的氧氣含量約19.6%,與理論值21%相當接近。若將鋼絲絨換成電熱絲,通直流電加熱鎂帶也成功在純二氧化碳中燃燒。我們修改課本教材中蠟燭燃燒水面上升實驗,經由通電加熱鋼絲絨成功點燃密閉空氣管柱中的蠟燭,我們證實水面上升約79.7%因素是空氣熱脹冷縮造成的。本實驗設計出一個簡易金屬組合裝置,在密閉容器中能高溫點火,這將可以重新應用於許多有關密閉氣體反應的實驗,並可進行定量氣體化學反應前後總體積變化,具有實驗教學上的價值。

「碳」幽索隱--研究碳量子點的性質與細菌偵測

本研究以簡易微波法,開發出製備碳量子點並用於檢測細菌的新方法。將檸檬酸等含碳物微波製成碳量子點,加入精胺酸、甘露糖、高分子PEI等藥品微波,進行碳量子點的修飾,也以乾燒、兩步驟等方式製造碳量子點,並以螢光光譜儀等儀器測量其螢光強度與計算量子產率。利用碳量子點與細菌結合後離心可沉澱的特性,觀察沉澱物受UV照射後是否發螢光,來判定兩者是否結合,並測量其螢光強度,達到偵測與定量細菌的目的。由實驗得知,乾燒的碳量子點量子產率較水溶液微波高。檸檬酸銨加甘露糖之量子點可成功與大腸桿菌結合,但不與金黃色葡萄球菌結合。高分子PEI修飾的碳量子點與上述兩種細菌都能結合,最低可偵測1/250 mg(0.25 mL)的細菌。

神祕的銀晶體

去年暑期科學營的活動有一個實驗是「 鋼與硝酸銀溶液的反應」,我在實驗的操作過程中,發現銅片上析出灰黑色的泥狀物質,此結果與實驗手冊上所述之「閃亮針狀的銀晶體」完全不同,為了探究其原因,便利用課餘時間進行以下的實驗。

模[檸][良]可,[競]電有[力]

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。

「異」想「添」開~影響化學黏土及磁性黏土之因素探究與應用

我們嘗試利用生活中常得看到的食品或添加物來與膠水混合進行交聯作用,加入磁鐵粉後製成化學磁性黏土,並且不斷改良自製檢測儀器物性測量,綜合實驗結果得到以下結論: 1、我們將儀器利用馬達自動化,並自製儀器能有效的測量物性。 2、我們發現以玉米澱粉複合交聯的化學黏土,在低濃度硼砂下,具極高度延展性,並能降低黏性,其電阻低,方便用於導電的線路上。 3、我們發現以甲基纖維素複合交聯的化學黏土,在極低硼砂濃度下,具有展性及黏性,可做成除塵黏土;而在一般濃度下,可製成具高彈性及高延性的化學黏土,使用性更廣。 4、我們以自製磁鐵粉,加入化學黏土中,結果不影響其的交聯性,能製作物品應用於生活當中。

黑白變-變色薄膜研究

我們從變色眼睛裡得到了靈感,想把變色的機制衍生運用,希望可以製作出一個變色薄膜,就可以輕鬆把它應用在我們教室的窗戶上,就可以擁有遮陽物品。我們大致分為兩部分討論,一是固體壓片,二是軟式變色薄膜。從固體壓片實驗,得到壓片製作方式變黑和退色的速度都太慢。軟式變色薄膜的製作方式,藥品為硝酸銀和氯化銅的乙醇溶液在保麗龍膠內混合均勻,形成軟式變色薄膜。而且在我們實驗過程中,得到最適合的Ag+和Cu2+ 莫耳數比是10:1,利用這比例做出來的薄膜,變色的速度最快,而且可以重複使用,退色後,再照陽光會再變黑。我們改用氯化鈣代替氯化銅時,反而退色的效果變好。我們最後覺得氯化銀顆粒的大小是決定退色效果的主要因素。

探討葡萄糖氧化吸光度之化學動力學研究

本次實驗結合了高中的氧化還原及反應速率兩個章節,選擇在不同濃度以分光光度計測量較準確的吸光度,並且以過錳酸鉀滴定葡萄糖,求葡萄糖氧化過程中的準確級數。在實驗過程中,我們分別以濃度、溫度、催化劑為操縱變因,探討其對葡萄糖氧化還原速率的影響。 我們利用不同濃度下所測得的實驗數據來求出準確的反應速率定律式;並求出了在不同溫度下的反應速率常數。而本次實驗著重於溫度及催化劑的部分,我們選用了兩種不同的催化劑,分別為氯金酸及二氧化鈦,由於氯金酸的價格較昂貴,因此我們希望能找出氯金酸加二氧化鈦之間的最佳比例以節省金錢達到最佳的催化效果。由於本次的實驗,使我們對葡萄糖氧化還原之化學動力學有更深入的了解。

老祖母的清潔秘方失靈了嗎?

本實驗的研究動機在於看到阿嬤常用一些我們現在已很少用的材料洗東西,引起我們的好奇。老祖母的清潔秘方失靈了嗎?\r 在實驗初除了蒐集許多資料外,也向一些人詢問以前常用的清潔衣物或物品的方法,一步步求證,每一個實驗均與上一個實驗的結果相關,慢慢找出答案。本次研究目的主要是用不同的原料做肥皂,然後找出最具清潔力的肥皂。本組在台北市評審老師建議下增加後續實驗-用回鍋油做皂基清潔力測試,看是否更具清潔力並具環保價值。\r 歷經三個月的實驗,本組實驗得到結論如下:\r (一)皂化過程是一種持續在變化,約需一星期至四星期才完成皂化過程。動物油脂因含飽和脂肪,很快就成固狀了,植物油脂皂化較慢。\r (二)比較椰子油、葵花油及牛油做成皂基的清潔力,椰子油清潔效果第一。\r (三)各種從前常用的自然清潔材料,如茶仔油渣粉及黃豆粉加在肥皂中可明顯的增加清潔力。\r (四)茶仔油渣添加椰子油皂基所做出的肥皂,即使與現在化學清潔劑相比也是最佳的。\r (五)後續實驗發現,回鍋油皂的清潔效果比椰仔油皂還好,可取代椰仔油皂,而且可做廢油回收,在成本及環保上都有突破性的意義。

「飯」科學~探討米飯的抗性澱粉形成條件

近幾年來減醣飲食成為減重妙招,而抗性澱粉就成為熱門關鍵字。本實驗將針對臺灣飲食中最常吃的「米」進行抗性澱粉形成條件的探討。 我們自製了硬度與黏度測量機比較常食用的四種米,結果發現當抗性澱粉增加時,米飯會變硬、黏度下降,而直鏈澱粉含量越高的米經過5℃儲藏後抗性澱粉增加,隨者儲藏時間增加而變多;米飯水分越多,經5℃儲藏不會增加抗性澱粉含量;煮飯時添加油脂、醋及食鹽都能增加抗性澱粉的形成。最後,我們將冰過的米飯進行復熱,發現利用微波爐加熱30秒可以保留較多的抗性澱粉又能吃到熱熱的米飯。 飲食中增加抗性澱粉可適當降低糖類的攝取,因此,選對米飯並利用低溫冷藏增加抗性澱粉含量,可以讓你在平日飲食中輕鬆吃出健康。

電解廢液真是環保的元兇?

(一)從報紙上得知,電鍍工廠排放廢液造成大量環境污染。 (二)我們在學校實驗室完成電解(實驗 13- 4 )、電鍍( 13- 6 演示實驗)甚至鋅銅電池(實驗 14- l )等實驗之後所剩下的廢液如果直接排放,是不是同樣也會造成環境的污染呢? (三)電解廢液不應該只是破壞環境的元兇,其實電解法本身應該也是解決電解廢液問題的答案才對。因此我們計劃將實驗室中現有的電解、電鍍設備加以做簡單化、安全化之改良並與其他方法結合,尋求其處理之最適條件。以此改良之電解方式不但可以達成降低廢液濃度到環保排放標準的主要目的,同時更可以將其中的重金屬成分回收作再利用;而且乾淨、迅速,不會造成二次的污染。