臺灣化學教育

實驗目的

NaOH濃度對整人墨水顏色持續時間長短的影響

控制變因

1.      百里酚酞的濃度

2.      滴加百里酚酞的量

3.      衛生紙的厚度

操作變因

A組

B組

NaOH水溶液濃度

加入NaOH水溶液（0.01%）的水量

實驗步驟

1.      NaOH水溶液的調配

實驗組一：NaOH（0.01%） 10 mL

實驗組二：NaOH（0.005%） 10 mL

實驗組三：NaOH（0.001%） 10 mL

2.      加入百里酚酞（0.2%）10滴，並攪拌均勻。

3.      將溶液滴1滴在衛生紙上，用碼表計算變色時間。每組測3次。

1.     NaOH水溶液的調配

實驗組一：NaOH（0.01%） 10 mL + 水2 mL

實驗組二：NaOH（0.01%） 10 mL + 水4 mL

實驗組三：NaOH（0.01%） 10 mL + 水6 mL

2.     加入百里酚酞（0.2%）10滴，並攪拌均勻。

3.     滴加1滴溶液在衛生紙上，用碼表計算變色時間。每組測3次。

課程內容

實施困境

活動一

演示「整人墨水」實驗，引起學生的學習興趣。再進行酸鹼概念的說明、pH值的介紹、酸鹼指示劑（試紙）的使用說明，讓學生建構足夠的背景知識，為接下來的實驗做準備。

1.      學生初次接觸「pH值」概念，對於新名詞的接受度較低。

2.      學生對於酸鹼試劑、試紙的變色原理倍感興趣，但受限於學生背景知識不足，變色原理的說明十分不容易。

活動二

進行整人墨水變色原理的說明，讓學生進行實驗設計的討論與撰寫，依序寫出實驗目的、實驗裝置的設置方式、實驗步驟、實驗器材、操作變因、控制變因、預期結果…等。

1.      實驗變因考慮的不夠全面、完整。

2.      實驗步驟不夠明確。

3.      學生對於「溶液濃度計算與稀釋」的概念普遍難以接受。

活動三

進行實驗的操作與實驗結果的記錄，並討論出實驗的結論。

1.      缺乏實驗記錄的技巧。（例如：裝有不同濃度溶液的試管都擺在試管架上，但沒有標記，造成混淆）

2.      實驗過程中，各組使用相同濃度實驗時，反應時間卻差異甚大。

教學領域

自然與生活科技領域

教學單元

神奇的整人墨水（酸鹼指示劑）

教材來源

自編

教學年段

六年級

教案設計

江志宏

教學時間

80分鐘

教學者

江志宏

教學目標

學生經驗

1.      對「酸鹼」概念有基本的認識。

2.      對實驗設計的概念有基本的認識。

3.      對實驗器材的使用方式與安全注意事項有基本的認識。

本節具體目標

1.      能理解酸鹼值（pH值）的意義。

2.      能透過推理、思考、討論，理解整人墨水的製做原理。

3.      能設計實驗探討「整人墨水的顏色改變時間長短」與「氫氧化鈉水溶液濃度」間的關係（現象－變項的關係），並在進行實際操作過後，提出適切的結論。

教學流程概述

Ø 引起動機

示範科學小玩具－整人墨水。

Ø 發展活動

活動一：水溶液的酸鹼性與pH值。

1.    概略複習、說明水溶液的酸鹼性質。

2.    介紹在科學上表示酸鹼濃度的單位—pH值。

活動二：「pH值」的測量。

1.    酸鹼指示劑的介紹。

2.    鹼性指示劑—百里酚酞。

活動三：整人墨水。

1.    整人墨水的製作與原理。

2.    實驗—整人墨水的變色等待時間。

Ø 綜合活動

活動四：實驗結果討論與分享。

1.    實驗成果發表。

2.    學習單的填寫與器材整理。

教學活動

教學時間

教學媒體

壹、準備活動

一、課前準備

1.      教學用PPT、實驗學習單、整人墨水（成品）。

2.      百里酚酞酒精溶液（0.1%）100 mL*1、氫氧化鈉100 g*1。

3.      實驗器材（每組）：滴管*5、量筒50 mL*1、燒杯50 mL*5、抹布*1、碼表、衛生紙*1包、試管*10、試管架*1。

4.      實驗器材（共用）：電子秤、刮勺。

二、引起動機

（一）示範科學小玩具—整人墨水。

1.      邀請一位自願受試的學生至台前。

2.      用滴管將少量整人墨水噴在學生的衣服上。

3.      Q：觀察到了什麼現象？

4.      統整歸納：噴到衣服上的藍色整人墨水溶液，過了一段時間後顏色逐漸變成透明的，且受試的同學還聞到了一些酒精的味道。

5.      Q：這個玩具運用了什麼原理做的？

貳、發展活動

活動一、水溶液的酸鹼性與pH值

（一）概略複習、說明水溶液的酸鹼性質。

1.      Q：生活當中常會聽到「酸鹼」，說說你們對酸鹼的認識？

2.      統整：「酸鹼」就好比我們學過「體積」、「重量」、「溫度」一樣，是溶液中的一種性質。

（二）介紹在科學上表示酸鹼濃度的單位－pH值。

1.      科學家們嘗試測量這些性質，或用數學計算，例如：

體積 → 用立方公分、立方公尺…等表示。

重量 → 用公克、公斤、公噸…等表示。

溫度 → 用華氏、攝氏…等表示。

2.      Q：溶液的酸鹼度是怎麼表示的呢？

3.      統整：溶液的酸鹼性是用「pH值」來表示，pH值是一種單位，用來判斷液體是酸性、中性還是鹼性。pH值的範圍通常介於0~14之間，pH值等於7的時候為中性，pH值大於7為鹼性；pH值小於7則為酸性。

活動二、pH值的測量

（一）酸鹼指示劑的介紹

1.      Q：體積、重量、溫度可以測量嗎？

2.      Q：那酸鹼值有辦法測量嗎？

3.      統整：就如同其他的性質一樣，pH值也可以被測量出來的，通常測量pH值有以下幾種方式：

(a)    電子儀器：「pH值」檢測筆…等。（可直接讀出數據）

(b)   試紙：石蕊試紙、廣用試紙…等。（觀察顏色變化）

(c)    試劑：紫高麗菜汁、專用試劑…等。（觀察顏色變化）

（二）鹼性指示劑—百里酚酞

1.      Q：為什麼需要使用這麼多種試紙、試劑？

2.      統整：一般而言，除了電子儀器之外，試紙與試劑的種類繁多，且不同的試紙、試劑都有其合適的使用時機。例如：

紅色石蕊試紙 → 遇到鹼性溶液才會變色。

藍色石蕊試紙 → 遇到酸性溶液才會變色。

酚酞 → 只能檢測pH值8.3~10.0的範圍。

酚紅→只能檢測pH值6.8~8.4的範圍。

3.      課程一開始的整人玩具，就是運用到酸鹼指示劑的原理製做而成的，使用的指示劑是百里酚酞。

百里酚酞試劑介紹

(a)    一種鹼性指示劑，測定的pH值範圍在9.4~10.6之間。

(b)   百里酚酞不能溶於水中，但能溶解在酒精當中。

(c)    在pH值小於9.4的環境當中，會呈現無色的狀態。

(d)   在pH值大於10.6的環境當中，會呈現藍色的狀態。

活動三、整人墨水

（一）整人墨水的製做與原理。

1.      Q：整人墨水是怎麼做的？

2.      統整：

(a)    百里酚酞酒精溶液：溶解百里酚酞於酒精中。

(b)   氫氧化鈉水溶液：溶解氫氧化鈉於水中。

(c)    混合上述兩種溶液均勻就製作完成了。

(d)   變色的過程：鹼性（藍色）→酸性（無色）。

3.      Q：哪來的酸性物質造成pH值下降？

4.      統整：空氣中二氧化碳溶解在墨水中，造成pH值降低。

5.      化學反應：，是碳酸（弱酸）。

（二） 實驗－整人墨水的變色等待時間。

1.      Q：整人墨水從藍色變成透明的等待時間，能不能改變？

2.      Q：如何讓整人墨水的變色等待時間增加或減少？

3.      統整：從先前說的化學反應過程來思考，有兩大項變因。

(a)    從空氣溶解在墨水中的二氧化碳。（酸性來源）

(b)   在墨水中本身就含有的氫氧化鈉。（鹼性來源）

綜合以上兩點，以墨水中氫氧化鈉溶液設為操作變因是個好方法！

4.      進行實驗器材的介紹與注意事項的提醒。

5.      讓各組開始進行實驗設計的討論，並操作實驗、進行記錄。

參、綜合活動

活動四、實驗結果討論與分享

（一）實驗成果發表。

1.      請各組依序進行實驗數據的分享報告。

2.      針對實驗數據提出結論。

（二） 學習單的填寫與器材整理。

1.      發下學習單請學生進行填答。

2.      提醒學生將器材清洗、整理、歸位。

5 min

（計：5’）

 15 min

（計：20’）

10 min

（計：30’）

 30 min

（計：60’）

 20 min

（計：80’）

 PPT

整人墨水

 PPT

PPT

 PPT

實驗器材

實驗學習單

實驗學習單