臺灣化學教育

多元評量在現場教學之應用：用Yenka軟體輔助化學丙級證照術科實作評量–醋酸濃度之測定

許碧容^1,*、張自立²、辛懷梓²

¹國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班

²國立臺北教育大學自然科學教育學系

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n  前言

    近年來，在台灣的各技職院校中，勞委會的全國技術士證照檢定已經成為了一種趨勢。在許多高職裡，能通過丙級技術士證照檢定已經成為學生的必備能力，一些有興趣或是能力更強的學生甚至會考取多種相關領域的證照，或是更難、更專業的乙級證照。

    技術士證照檢定分為學科與術科，其中術科方面更重視實際操作與實驗數據處理與分析，為了加強學生這一方面的能力，各高職科系也陸續在學校中舉辦技術士證照檢定術科的實作教學。而我也在數年前參與過化學的丙級技術士術科課程，但在課程中發現，可能是因為時間、人數或者是材料經費所限，每個學生能實際參與操作的次數並沒有非常多，這對有些的學生來說，還無法完全掌握實驗的流程及較難以分析實驗過程中的數據。

    105學年度上學期，在本系化學特論課程上，學習到「科學實驗軟體—Yenka」，在這虛擬實驗室中，能夠進行化學、物理、數學概率等的模擬實驗，可以讓大家隨意混合不同的化學藥品，更不怕會釋出不知名的毒氣，發生任何意外。更重要的是可以在家裡免費安裝使用。因此，若能用Yenka來模擬化學丙級術科操作，不但能讓學生更了解實驗的步驟流程，還能夠減少實際操作中產生的廢液汙染，對地球環境更友善。

    在本文中將使用Yenka模擬化學丙級實驗第一站第一題–醋酸濃度之測定。

 

n  實驗原理

    醋酸濃度之測定實驗是先用已知濃度的鄰苯二甲酸氫鉀(KHP)標定0.2M  氫氧化鈉標準溶液之濃度，反應式如。再用已知濃度的氫氧化鈉標準溶液，滴定未知濃度的醋酸溶液，並分析數據，求出醋酸的濃度，反應式如所示。由反應式可知，若要中和1莫耳的醋酸約需1莫耳的氫氧化鈉，再由實驗中得到反應所需消耗的氫氧化鈉溶液的體積，便可求出醋酸的濃度。

    因Yenka軟體之限制，本次操作專注於用已知濃度的氫氧化鈉溶液滴定醋酸，並分析數據。

 

C₆H₄COOHCOOK+NaOH⇌C₆H₄COONaCOOK+H₂O 

NaOH+CH₃COOH ⇌ CH₃COONa+H₂O              

 

n  Yenka軟體操作

一、實驗器材

醋酸樣品15mL、0.2M氫氧化鈉溶液50mL、試劑水、酚酞指示劑、滴管、100mL量筒、250mL錐形瓶2個、50mL滴定管一支、天平一台，如圖1所示。

圖1實驗器材

 

 

二、操作說明【並將未達成的實驗步驟扣分標於括號中】

(一)精秤1.00±0.05 g 醋酸樣品，溶於100 mL 試劑水中。

1.先從左方物品欄中取出天平及錐形瓶，將錐形瓶放置於天平上，並按下歸零紐

2.取出醋酸樣品及滴管，秤取1.00 (在0.95 g ~1.05g之間) 的醋酸樣品，如圖2所示。【稱重不在規定範圍扣6分】，並將質量記錄於結果報告表上。

注：稱重時不可先過量再取回。【過量再取回扣5分】

圖2：秤重須在0.95 g ~1.05g之間

 

3.取下錐形瓶，並將天平歸零。【使用後未歸零扣3分】

4.取出試劑水及量筒，量取100mL試劑水再倒入錐形瓶中，如圖3所示。

 

圖3：量取100mL試劑水

 

(二) 加入酚酞指示劑5 滴，以0.2M 氫氧化鈉溶液滴定至粉紅色。

1.將酚酞指示劑加入稀釋的醋酸樣品中，如圖4所示。【指示劑未適時加入扣8分】

 

圖4：加入酚酞指示劑

注：因軟體限制，無法準確加入5滴酚酞，在實際操作中也僅需加入少量即可。【指示劑加量不適當扣8分】

 

2.取出滴定管，將氫氧化鈉溶液加入至刻度零【滴定前未充滿滴定管扣5分】，並記錄讀數於結果報告表上，如圖5所示。

 

圖5：滴定前需充滿滴定管

 

注：因軟體限制，實際操作滴定管時，有些部分要注意：

第一，需先用少量氫氧化鈉溶液潤洗滴定管。【未依實際狀況清洗或潤洗扣5分】

第二，需使用漏斗將氫氧化鈉溶液倒入滴定管，不可洩出【裝液時溶液洩出扣3分】，使用完後漏斗須拿下。【裝液漏斗未取下扣5分】。

第三，需特別注意，滴定管裝液操作時，滴定管尖端需充滿【裝液完尖端未充滿扣8分】，可以轉開開關、輕彈滴定管，使尖端充滿後再補充氫氧化鈉溶液至刻度零。

第四、需將滴定管架設於管架上，注意滴定管不可傾斜。【滴定管傾斜扣3分】

 

3.開始緩慢滴定，直到錐形瓶內的醋酸樣品恰變為粉紅色時，關閉滴定管開關，如圖6所示。。須注意顏色不可太深，如圖7所示，免造成實驗誤差。【終點判斷不正確扣12分】

圖6：滴定終點酚酞的正確顏色	圖7：滴定過量酚酞的顏色

 

注：因軟體限制，實際操作滴定時，以左手控制滴定管開關，右手持錐形瓶，滴定過程中，輕搖瓶身，使溶液能均勻混合【滴定時未適當攪拌扣8分】，且過程中不可使溶液洩出。【滴定動作可能使溶液洩出扣8分】

 

5. 滴定完後靜置15秒等待，確認顏色不再改變後，再讀取滴定管上刻度【滴定完未靜置數秒即讀值扣5分】，並記錄於結果報告表上。

注：因軟體限制，實際操作中在讀取刻度時，雙眼須平視溶液最低點。

 

(三)重複滴定，計算樣品醋酸濃度之平均值。

1.補充氫氧化鈉溶液至刻度零，並重複(一)、(二)步驟。

2.分析並計算出醋酸的濃度於結果報告表上。

 

三、計算醋酸濃度：列出計算式並寫出各量測值及計算結果之單位（以第一次結果為例）

NaOH+CH₃COOH ⇌CH₃COONa+H₂O

1 mol NaOH ≒ 1 mol CH₃COOH

又醋酸分子量=60

 

 

n  結語

   使用Yenka軟體操作來模擬操作醋酸滴定實驗，其實驗結果–醋酸之濃度與樣本濃度符合【註1】，所以運用此Yenka軟體來訓練學生是可行的，且在這個過程中，並不會如同現實操作上，因多次操作而製造出大量的化學廢液，可以說是對地球非常有善的。

    雖然因Yenka本身的限制，有些細節部分，如滴定管尖端充液等部分，無法在軟體中實際操作，以及部分藥品較不常見，Yenka內部並未建立，如鄰苯二甲酸氫鉀(KHP)，導致部分實驗無法在虛擬實驗室中完成。但其餘部分，Yenka仍是一個極佳的訓練操作工具，更重要的是，可以運用此軟體，看到實驗過程中微觀粒子的反應變化，能讓學生更深一步了解這個反應，並加深他們的印象。

n  附註

1.本次實驗中未知醋酸濃度配置為4M 的醋酸 15mL

2.本實驗影片網址：https://youtu.be/6s2zwMTbGDc

n  致謝

本文為105學年度上學期由本系周金城老師所開設之化學特論(一)課程之期末作業，感謝老師提供全校授權軟體與班上同學之的指導與建議。

n  參考資料

1.化學丙級技術士技能檢定術科測試應檢參考資料http://admin.cyivs.cy.edu.tw/chemi/%E5%8C%96%E5%AD%B8%E4%B8%99%E7%B4%9A/030003%E8%A1%93%E7%A7%91.pdf