全國中小學科展

化學科

螢光捕手

高中課本的秒錶實驗以I2和澱粉產生的藍色作為反應結束的依據,但此實驗在高溫因藍色物質無法出現而難以判斷反應完成,本研究以白蘭洗衣精中的螢光劑和螢光筆中的螢光液取代高中秒錶實驗的澱粉液,螢光劑中的螢光遇到I2則螢光消失,且在高溫中仍能反應,利用此特性使反應在高溫中仍能繼續進行,以螢光消失為基準從而判定反應完成。成功的改進此實驗在高溫無法判斷反應完成的缺失,並且找出各螢光劑最容易觀察之反應組合。以洗衣精中的螢光劑進行實驗溫度可達60℃,以螢光筆中的螢光液更可達80℃。

中華民國第三十一屆中小學科學展覽-化學科評語

件數較去年為少,共初小十件、高小十七件、國中十五件、高中十二件,程度則初小、高小不遜往年;國中、高中則稍差,原因可能是國際科展選拔今年開始單獨舉辨而(部份較優之作品)未參加本屆中、小學科學展覽,應乃一過渡時期的現象,明年可望恢復舊有水準。 本次作品內容和以往一樣生動活潑,中學部分仍多與課本內容相關,小學部分亦仍多與生活相關,希望以後能有所改變,特別是高中部分。 安全問題方面化學組一般良好宜改進的例子有二: (一)利用金魚做有闕環境汙染生物生亡之試臉,有違科學館「用無脊椎動物為原則」之原則,希以後參加科展的同學要注意。 (二)利用唾液做實臉時取樣方法宜注意衛生與安全,例如勿用舌頭舔試紙。

「色」分身之術

顏色不僅會在紙張上有暈染的效果,在方便取得的粉筆上也有滲透分離效果。粉筆是圓柱狀的立體物,顏料塗抹在頂端塗面以溶劑滴洗後,更容易分析與觀察顏色滲透分離現象。有些顏料顏色受到水分子的移動有滲透現象,有些顏料顏色在酒精的移動中有更明顯的滲透現象。利用溶劑的比例是可以來控制顏色分離效果。顏料其中的成分不同即使相同顏色的不同品牌,造成滲透分離的效果也不同。

自然清香處處飄

每年一到春夏雨季時,校園內的各種花朵,如七里香等,經常散發出陣陣的清香,令人感到心曠神怡。可是開花季節一過花香也就消失了。因為我對七里香的味道有所偏好,就想是否能將七里香提煉製成香水,把香味保存下來,便和幾位同學去請教老師,開始了一連串的實驗及研究。

蟹殼與環保──差動水質監測器

陽光、空氣、水和土地為人類生活環境中之必須條件。環顧四週水與我們日常休戚相關,近來工業成長,人口激增,水質汙染日趨嚴重,因此水質源之保護,及避免毒物進入水中威脅人類健康,為社會各界所關注。 我們在第三冊理化關於醣類介紹無意中和老師聊到蟹殼中的多醣「幾丁質」。基於下列理山我們決定加以探索「水質分析之旅」(一)蟹殼是我們安平地區漁市到處棄置之物質,不僅腥臭難當,且有礙觀瞻,若能加以利用豈不是一舉數得。(二)實驗室中常把有害重金屬鹽類任意排放,若能加以處理再進行放流對環境水質定有幫助(三)學校各類用水是否可由我們發展一套監測系統。於是在老師指導克服下,實驗得以夠順利展開。

利用摺紙藝術製作發電裝置

本研究利用噴蠟印表機印製特定圖樣製備隔膜型紙電池。利用蠟本身具有疏水的特性,將可簡易的製作出紙流道。在紙電池中分別滴上硫酸銅、氯化鋁溶液,並利用玻璃紙當作隔膜,黏上銅片和鋁片,最後利用摺紙的方式將紙電池組裝起來。鋁片就會形成電池中的陽極,銅片將成為陰極,而玻璃紙就能取代鹽橋作為離子交換的介質。在紙電池的頂端,進水口的地方滴入幾滴水,水就能藉由紙流道進入電池內部,數秒鐘內即可測量到電壓,最後經過不斷的優化電池的設計,此電池的開路電壓能夠達到0.915伏特。

揭開綠色面紗

高中化學實驗手冊第二冊實驗九及第三冊實驗四中,有Cu+4HNO3→Cu(NO3) 2+2NO2+2H2O之反應,理論上,溶液中應呈水合銅錯離子的藍色,但在反應過程中,有綠色出現這綠色的物質到底是什麼呢?以下我們自行設計一系列實驗來揭開綠色之謎。

變形水~水的反磁性探討

我們在自然課所學到鐵是屬於磁性物質,可以被磁鐵吸引,經過實驗得知,原來還有其他很弱的磁性的物質,比如水。所以我們設計一個實驗裝置,利用水的反磁性使水面產生凹陷的特殊效應(摩西效應),漂流物會自動從固定位置慢慢移動靠近這個凹陷半徑,當漂流物的移動速度急遽加快時,表示漂流物進入凹陷半徑。藉由此數據推導出不同水溶液的凹陷半徑,可以知道在水分子內的一些微觀現象。

「氧」眉吐氣

本研究第一階段在尋找”能夠催化雙氧水反應的陽離子”,結果發現催化雙氧水效果較佳者:Fe2+>Fe3+>Cu2+,我們進一步討論並比較三者催化的過程與情形。第二階段為直接使用FeI3來催化(將催化效果佳的碘離子與鐵離子直接結合),但發現效果不佳;接著將FeCl3與KI混合催化,發現混合催化效果比單獨催化要好。第三階段的實驗我們把反應的量減少,不再使用課本所提的”排水集氣法”,改以量筒內加入反應物及清潔劑,直接拍照記錄反應情形,希望將實驗微量化與簡化,以期符合環保效益,並提供國中課程教材的另一選擇。

明察秋毫-利用錄音程式準確紀錄化學反應

對於第 22 屆全國科展化學科得獎作品『利用溶液導電性觀察溫度對反應速率的影響』,在歷經廿年來電腦科技的日新月異,我們認為在技術上應還有相當的改善空間。所以我們希望能利用電腦錄音程式準確記錄化學反應過程中離子的變化情形,並且希望能找出反應結束的時間點。於是我們利用硫代硫酸鈉與鹽酸的反應改變其溫度與濃度,再將儀器接上並錄音記錄。但是我們發現所錄到的圖形雜訊過多,並且不符合我們的推論:電流越大,振幅會越大。我們推測雜訊過多的原因有:加入溶液時濃度的變化造成雜訊、電腦電阻過大及儀器架設的線路老舊使電流不穩定。於是我們將儀器焊接起來,並運用蜂鳴器的音量變化呈現化學反應過程的電流變化,再利用精密麥克風及電腦錄音程式測量及記錄蜂鳴器聲音變化的圖形。終於發現可以將整個化學反應過程記錄下來,並且能夠在圖形中明確的顯示反應的開始點及結束點。也就是對於離子數目及種類會改變的化學反應,我們已經能利用簡易的電腦設備及靈敏的錄音程式,觀測整個化學反應過程離子的變化,進而精準運算出化學反應速率。這不但改善了目測法的誤差過大,也不必藉助光電比色計法的昂貴儀器耗費。更可貴的是在本實驗中我們的電腦能錄到 0.006mA 的電流變化。在缺乏設備及經費的國中、小,是一項有利於學校對化學科教學及研究發展的新發現。