大學普通化學實驗室規劃與實驗課程: 國立屏東大學應用化學系之普化實驗室規劃 /鍾旭銘

星期六 , 4, 3 月 2023 Leave a comment

大學普通化學實驗室規劃與實驗課程:

國立屏東大學應用化學系之普化實驗室規劃

鍾旭銘

國立屏東大學應用化學系
shiuanmin@mail.nptu.edu.tw

n  前言

    國立屏東大學於10381日由國立屏東教育大學與國立屏東商業技術學院合併成立,同年本系由化學生物系更名為應用化學系;因此,國立屏東大學應用化學系今年剛邁入第九年,亦為全國最年輕的化學系,在前三任系主任歷經系所更名、課程重新規劃、師資聘任、教學實驗設備添購與實驗教室改建等工作,目前已經完成軟硬體初步的修改與增建工作。

n  普通化學實驗課程規劃

普通化學實驗課程是化學系的第一門實驗課程,從高中進入大學就讀的化學新鮮人,在高中時期大部分的學生皆未經過實驗課程訓練,普化實驗課程需肩負實驗室安全、實驗基礎操作與實驗器材設備介紹等規劃。在實驗課程內容規劃上,包含有機化學的酯化反應人工香味製備、皂化反應清潔劑製備、從茶葉中萃取咖啡因與乙醯化反應阿斯匹靈製備;分析化學的酸鹼指示劑及pH值測試、酸鹼滴定、分光光度計在定量分析上應用與氧化還原滴定維生素C含量測定;物理化學的樂沙特列原理實驗、色彩震盪反應與碘鐘實驗;無機實驗的廢鋁鐵罐製備鋁明礬與草酸鉀錯化物的製備;生物化學的醣類結構與檢驗、蛋白質的變性及檢驗與牛奶成分分析;上述實驗的規劃,讓大一學生初步認識化學系大二與大三主要必修課程,可以更快適應專業化學相關課程;國立屏東大學是由高教、技職與師培合流的大學,普化實驗課程亦規劃針對國小教師培育之課程,如熱冰實驗、葉脈書籤(見圖1、化學花園、天氣瓶製作與濾紙色層分析等實驗課程;另外,實驗亦規劃了抗菌潔手露、防曬隔離霜、紫雲膏(見圖2與萬金油等產品製作課程,讓學生了解如何運用乳化反應、萃取技術與藥劑調配等化學觀念結合至生活用品中。普通化學實驗課程是一門須動手操作課程,需藉由實驗動手操作、數據量測記錄與細心觀察結果,來印證與了解教科書上化學原理的入門課程,所以本課程涵蓋各類需求考量下完成規劃。


課程規劃目的

 


1. 藉由操作器材與儀器,熟練基本操作技巧,並驗證普通化學的重要現象及理論。

 

2. 培養學生良好的科學態度及素養,熟練及統整科學過程技能,培養科學探究的能力。

 

3. 提高學習化學之興趣,並能獲得日常生活中此方面之知識、應用於日常生活中,及日後從事此相關行業時所需之基本知能。

 


上學期普化實驗課程規劃

 


課程名稱

 


課程內容概述

 


實驗安全與衛生規定說明

 


課堂說明實驗室安全衛生規定並演練緊急灑水設備、洗眼器與滅火器等。

 


實驗器材使用與化學藥品說明

 


介紹普化實驗中需使用的實驗器材,與化學藥品以及其危險性。

 


基本實驗操作說明與演示

 


介紹藥品取用秤重、安全吸球與移液吸管、抽氣過濾、滴定管使用以及藥品配製等基本操作說明與演練。

 


抗菌潔手乳實驗

 


介紹三乙醇胺對高分子膠之作用,進行75%酒精與精油抗菌之效果。

 


勒沙特勒原理實驗

 


在一個平衡的反應中,藉由改變濃度、壓力與溫度等影響平衡的因素,改變平衡狀態後,讓反應重新達到平衡。

 


酸鹼鹽與指示劑實驗

 


認識酸鹼性與pH值的關係,學習使用吸量管配製不同濃度的酸鹼標準溶液,觀察各種指示劑在不同酸鹼度時的顏色變化,並嘗試由紫色高麗菜萃取液自製酸鹼指示劑。

 


鹼的腐蝕葉脈書籤製作

 


使用氫氧化鈉與碳酸氫鈉等化學藥品,針對葉子進行葉肉腐蝕作用,以及觀察葉脈之組織,進而製作葉脈書籤。

 


化學層析葉綠素分離

 


利用有機溶劑萃取菠菜,獲得的萃取液,藉由濾紙分離葉綠素瞭解色層分析概念;並利用不同溶劑比針對菠菜萃取液,在薄層色層分析進行物質分離。

 


酯化反應實驗

 


自然界中有許多食物與植物的香味來自於酯類化合物,進一步使用有機化合物中的醇類化合物與有機酸化合物進行反應,形成酯類化合物之方法操作。

 


皂化反應實驗

 


將油脂與鹼性物質(氫氧化鈉)共熱,酯鍵斷裂形成甘油與脂肪酸鈉鹽,藉由氯化鈉溶液進行鹽析,進而獲得肥皂;再與市售清潔劑比較其清潔能力。

 


金屬鹽類之結晶化學花園製作

 


水玻璃(矽酸鈉)加入過渡金屬鹽類後,形成半透膜藉由滲透壓不同而產生金屬結晶物,因不同過渡金屬鹽類形成結晶速度與形狀皆不同,所形成之結果。

 


天氣瓶製作

 


將硝酸鉀及氯化銨加入水中,再將樟腦加入乙醇中(樟腦不溶於水),兩溶液合併加熱即完成,藉由溫度變化生成樟腦結晶。

 


紫雲膏製作

 


紫草、當歸兩種主成分利用橄欖油等油脂進行萃取,加入蜜蠟形成膏狀物,再加入相關精油增加其風味。

 


下學期普化實驗課程規劃

 


滴定實驗酸鹼滴定

 


酸鹼滴定的操作步驟及技巧、標準酸、鹼液的配製、酸鹼液濃度的測定計算以及食醋的酸度及洗衣粉的鹼度測定。

 


氧化還原實驗維生素C含量滴定

 


利用滴定方式,進行氧化還原反應與當量之計算,再比較市售錠劑和果汁內容的維生素C含量。

 


醣類結構與檢測

 


初步了解醣類的分類,利用班尼迪克試劑測試單醣、雙醣與多醣的還原能力之實驗操作。

 


廢鋁罐製備鋁明礬

 


使用回收廢棄鋁罐,利用抽氣過濾、結晶等分離純化技術,獲得鋁明礬的結晶構造。

 


動力學實驗碘鐘實驗

 


本實驗使用刻度吸量管,進行初期反應速率法決定過硫酸根離子與碘離子反應,藉由澱粉產生顏色變化之時間,進而獲得反應級數及速率常數。

 


牛奶成分分析

 


本實驗進行牛奶中的酪蛋白、脂肪、蛋白質與乳糖等組成與成份之試驗。

 


色彩震盪反應

 


本實驗進行安息香、丙二酸與葡萄糖等,藉由氧化還原等化學反應,而產生色彩變化生成震盪。

 


蛋白質變性與檢驗

 


本實驗進行蛋白質經由溫度、酸鹼、有機溶劑與重金屬反應後,觀察其變化狀況,以及進行蛋白質組成之元素測試。

 


草酸鐵鉀錯化合物製備

 


本實驗以最常見的鐵離子為核心,探討其錯離子及錯化物之製備及反應,再利用再結晶法獲得草酸鐵鉀錯鹽。

 


乙醯化反應阿斯匹靈製備

 


本實驗進行利用柳酸與乙酸酐,藉由硫酸進行催化形成乙醯柳酸,經過再結晶後,會得到較純的阿司匹靈。

 


從茶葉中萃取咖啡因

 


本實驗利用沸水萃取茶葉,使用氯仿進行液液萃取,再去水乾燥與再結晶方式獲得咖啡因。

 


分光光度計在定量分析上應用

 


配製不同濃度硫酸銅溶液,使用分光光度計進行檢量線製作,再分析未知濃度硫酸銅測試。

 


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1:學生葉脈書籤作品

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2學生防曬隔離霜與紫雲膏作品

n  普通化學實驗教室規劃

本系於民國76年從數理教育系開始多次更名,直至民國103年方始更名為應用化學系,所以先前本系無化學專業實驗教室設置,為了符合應用化學系課程需求,陸續改建普通化學實驗室、有機化學實驗室、分析化學實驗室與生物化學實驗室等專業教室。

普通化學實驗課程為銜接有機化學與分析化學實驗課程,所以實驗教室規劃需涵蓋實驗安全與實驗空間運用,普通化學實驗教室規劃成兩個區域

一、學生實驗操作區域學生實驗操作皆在此空間進行(見圖3),包括藥品取得、藥品秤量與實驗操作等,所以在每個實驗桌上設置抽風罩(見圖4),讓實驗進行時所生成之氣體方便抽取,並且在講台旁設置緊急沖眼器(見圖5),另外在實驗室前方放置醫藥箱與安全防護用品(見圖6),確保學生實驗進行之安全;實驗室後方放置廢液回收桶與抽風櫃(見圖7),並設置安全衛生公告欄進行實驗室安全宣導(見圖8),此實驗室改建以空間明亮且動線寬闊進行,讓學生可以在學習與實驗操作中更加安全。

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3普通化學實驗教室空間

4:實驗桌上方抽氣罩

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5講台上的緊急沖眼器

6:醫藥箱與安全緊急防護箱

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7廢液回收桶與抽風櫃

8安全衛生公告欄

 

二、實驗器材藥品收置與準備區域普通化學實驗課程的器材與藥品種類繁多,所以規劃實驗器材放置區(見圖9)、藥品櫃(見圖10)與實驗準備區(見圖11);實驗器材在期初進行分組與分配,讓同學保管自已本學年實驗用器材,實驗課程結束洗淨後就須放置規定位置。實驗課程前助教需至實驗準備區取出藥品,並配置該實驗課程所需要的藥品。

圖9:實驗器材放置區                                          圖10:藥品櫃

圖11:實驗準備區

n  結語

國立屏東大學應用化學系為全台灣最南端的化學系,目前已經邁入第9個年頭,系上專任教師共有11位,與其他化學系教師人數相比較為精簡,而且在成立時間上最為年輕,但經由系上師長的努力規劃爭取,硬體設備亦逐漸到位,所以教學用實驗教室皆完成改建,可以讓同學有一個舒適又安全的實驗空間進行學習。近年來,本系師長在教學之餘也致力於研究工作,因此國立屏東大學應用化學系,是一個教學與研究並進的小而美化學系。 

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