臺灣化學教育

綠色化學創意競賽：
花蓮高工學生研究維他命C含量測定之藥品減量

劉怡如、黃淑雯、陳振信*

國立花蓮高級工業職業學校化工科
*[email protected]

n  教師指導心得

自獲知教育部公告第一屆「綠色化學創意競賽」活動後，即徵詢並遴選即將升上高三的化二學生，自去年（2014年）七月暑期開始進行資料蒐集、分組討論、題目確認、實驗設計與研究、數據整理、結果討論與結果分析等一系列實驗專題工作。

我（通訊作者）在帶領學生進行上述活動過程中感觸最深的是，學生們雖先天資質不如同年齡的西部學生，平時也無機會參加校外相關競賽或交流活動，惟其過程中願意忍受溽暑氣候，把握難得參賽的機會，努力不懈之態度與精神卻是我願意付出，適時給與指引的最大精神支柱。經由這次參賽過程與獲獎結果，深刻體認到若能適時指引學生，必能激發其蘊藏之無限潛能。

n  設計理念與探討

一、  得獎作品

l   作品名稱：維他命C含量測定之HCl減量使用方法之探討。

l   參賽學生：劉怡如、黃淑雯；指導教師：陳振信。

l   得獎名次：高工組綠色化學（減毒減量）創意競賽銀牌獎。

二、  實驗動機與目的

綠色化學的主旨是在討論如何減量、減毒以及減廢，經過多日的資料蒐集與討論後，我們選擇了丙級化學技術士技能檢定術科檢定題目之一的「維他命C含量測定實驗」作為此次參賽題目。由於實驗中配製碘溶液時所用到的濃鹽酸屬於高濃度與腐蝕性藥品，因此我們想要探討可否降低其濃度和使用量，以降低實驗時可能發生的腐蝕性危險，並且達到綠色化學減量、減廢的主旨。

本次實驗探討以不同實驗變因（改變藥品用量）對實驗結果（維他命C含量）的影響，以達到減量的目標。本研究的實驗變因有：（一）減少鹽酸用量之可行性研究；（二）降低鹽酸濃度之可行性研究；以及（三）碘化鉀減量可行性研究。

三、  實驗原理

碘酸鉀中的碘酸根離子（IO₃^–）與碘化鉀之碘離子（I^–，過量的）在酸性下反應可生成碘分子（I₂），由此反應可配製碘溶液，其反應如式[1]所示。

IO3^–(aq)－+ 5I^–(aq) + 6H⁺(aq) → 3I₂(aq) + 3H₂O(l)    [1]

由式[1]可知，1 mol的KIO₃可產生3 mol的I₂。

由於I₂會與維他命C進行氧化還原反應，並被還原為I^–，因此可以利用碘溶液作為滴定液，並用澱粉當作指示劑，來測定維他命C的含量，其反應如式[2]所示。

C₆H₈O₆（維他命C）(aq) + I₂(aq) → C₆H₆O₆（去氫維他命C）(aq) + 2I^–(aq)－+ 2H⁺(aq)    [2]

本實驗是利用I₂來滴定維他命C的溶液，當達到滴定終點時，維他命C會完全被I₂氧化，溶液中多餘的I₂即會與澱粉作用，形成深藍色複合體。

四、  實驗步驟

本次實驗所需器材，試樣以碘標準溶液滴定至終點，如圖一所示。

圖一：試樣以碘標準溶液滴定至終點

實驗一：配製碘標準溶液／減少濃鹽酸的用量

A.      配製碘標準溶液（250.00 mL）

1.        原來藥品用量：精秤0.2000g乾燥的碘酸鉀（KIO₃），加入約3 g的碘化鉀（KI），加100 mL的蒸餾水和2 mL的濃鹽酸（HCl）溶解固體，用容量瓶，加蒸餾水定量至250.00 mL。

2.        減少藥品用量：與上述步驟相同，唯濃鹽酸2 mL的用量減少到1.0 mL、0.50 mL、0.10 mL。

 

B.       測定維他命C含量

1.        精秤0.6000 g的維他命C，以蒸餾水溶解，用容量瓶加蒸餾水稀釋至100.00 mL。

2.        用移液管，取上述溶液20.00 mL，稀釋至50 mL，加入1 mL的3%偏磷酸溶液，再加入1mL的0.5%澱粉溶液，以碘標準溶液滴定至終點呈藍色。

3.        重複滴定步驟，計算維他命C含量的平均值。

實驗二：配製碘標準溶液／降低鹽酸的濃度

A.      配製碘標準溶液（250.00 mL）

1.        原來藥品用量：精秤0.2000 g乾燥的碘酸鉀（KIO₃），加入約3 g的碘化鉀（KI），加100 mL的蒸餾水和2 mL的濃鹽酸（HCl）溶解固體，用容量瓶加蒸餾水定量至250.00 mL。

2.        減少藥品用量：與上述步驟相同，唯2 mL的濃鹽酸之濃度降低到6 M、3 M、1.5 M、0.5 M、0.25 M、0.125 M、0.0625 M。

B.       測定維他命C含量

1.        與「實驗一」相同。

實驗三：配製碘標準溶液／減少碘化鉀的用量

A.      配製碘標準溶液（100 mL）

1.        減少藥品配製量（從減少250.00 mL到100.00 mL）：精秤0.0800 g乾燥的碘酸鉀（KIO₃），加入約1.2 g的碘化鉀（KI），加30 mL的蒸餾水和0.8 mL的濃鹽酸（HCl）溶解固體，用容量瓶，加蒸餾水定量至100.00 mL。

2.        改變藥品使用量：與上述步驟相同，唯1.2 g的碘化鉀（KI）的用量減少到0.9 g、0.6 g、0.3 g。

B.       測定維他命C含量

1.        與「實驗一」相同。

五、  實驗結果和討論

實驗一：配製碘標準溶液／減少濃鹽酸的用量

在配製碘標準溶液方面，減少濃鹽酸的用量對測定維他命C含量之影響，如表一和圖二所示。

表一：減少濃鹽酸的用量與測定維他命C含量之數據

圖二：減少濃鹽酸的用量對測定維他命C含量之影響

以圖二來看，由減少濃鹽酸用量的實驗結果，我們發現濃鹽酸用量可以從原本的2.0 mL降低至0.10 mL，雖然維他命C含量平均值稍微地逐漸減少，但是此與原來實驗結果之標準偏差為4.73，接近丙級化學技術士技能檢定術科之核可範圍（4%）內。因此，實驗中的濃鹽酸取用量可以被降低（降低幅度達95%），減少廢液排放量。

實驗二：配製碘標準溶液／降低鹽酸的濃度

在配製碘標準溶液方面，降低鹽酸的濃度對測定維他命C含量之影響，如表二和圖三所示。

表二：降低濃鹽酸的濃度與測定維他命C含量之數據

圖三：降低濃鹽酸的濃度對測定維他命C含量之影響

原本實驗使用的鹽酸為濃鹽酸（12 M），本實驗我們想要降低鹽酸的濃度，除了減少廢液排放量之外，還可以降低實驗時的危險性。以圖三來看，由鹽酸濃度改變的實驗的結果，我們發現，本實驗的鹽酸可以用較低的濃度，鹽酸的濃度最低可以降至0.25 M來測定維他命C的含量。我們持續試著降低至0.125 M鹽酸，導致標準偏差過大，這可能是因鹽酸濃度過低而導致滴定量及含量降低；為了確保降低鹽酸濃度而維他命C的含量也隨之降低，我們使用0.0625 M的鹽酸探討其結果，從結果得知因鹽酸濃度過低而維他命C的含量會逐漸下降。故本實驗鹽酸濃度下降至最低濃度為0.25 M。

實驗三：配製碘標準溶液／減少碘化鉀的用量

在配製碘標準溶液方面，減少碘化鉀的用量對測定維他命C含量之影響，如表三和圖四所示。

表三：減少碘化鉀的用量與測定維他命C含量之數據

圖四：減少碘化鉀的用量對測定維他命C含量之影響

由於碘化鉀的價格相當昂貴，因此我們試著減少碘化鉀的使用重量，原本用1.2 g開始減少ˊ至0.9 g、0.6g、0.3 g的碘化鉀來比較維他命C含量的變化。以圖四來看，若碘化鉀秤取量達0.3 g時即產生黑色顆粒沉澱物，而會導致反應無法完成，故碘化鉀可降低至最低秤取量為0.9 g。

根據上述三個實驗，分別進行個別的實驗條件（0.10 mL的濃鹽酸、2.00 mL的0.25 M鹽酸、配製100 mL碘標準溶液之0.9 g的碘化鉀）的結果是可接受的。然而，若合併這些實驗條件之研究（亦即合併使用0.10 mL的濃鹽酸和0.9 g的碘化鉀，或使用2 mL的0.25 M鹽酸和0.9 g的碘化鉀），則維他命C含量之測定結果是否仍在可接受範圍內呢？由於學生在三年級尚需上課等因素，以致合併這些條件的研究未能延續，尚不知其可行性。

n  參賽學生心得

很感謝教育部給遠在東部的我們（第一和二作者）參賽的機會，也讓我們從中體認到對於環境的愛護其實可以從實驗時就開始做起。參與這次「綠色化學創意競賽」是一個思考創意的過程，全程中我們總思考著如何才能降低實驗對環境之危害，如何在維持相同精準的實驗結果之情況下亦能夠達到減毒、減量以及減廢的宗旨。

我們從一開始選擇題目到研究討論之過程，經過一連串實驗的瓶頸，經常有想要放棄的念頭，但此同時又會想到放棄是懶人一事無成的藉口；最後仍然堅持了下來。經過了半年多來的努力，從暑期一開始就投入全部心力，致力於綠色化學這項競賽活動中，因此，這次的收穫不只是在獲得實質的獎牌、獎狀及獎金上，我們也學到了對於環境的維護、用最簡單的方式，達到最完善的實驗，這就是我們想做的，目的為的就是減少對環境的破壞，盡力地在綠色化學這個領域上做推廣。圖五為參賽師生領獎現場，花蓮高工校長親臨道賀。

圖五：師生領獎現場，校長親臨道賀

n  結語

在化學丙級技術士技能檢定術科考試的「錠劑中維他命C含量之測定」實驗中，我們探討在配製碘標準溶液方面，使用鹽酸的體積用量和濃度對維他命C測定，我們發現：（一）濃鹽酸用量改變可以從原本2.0 mL減量至0.10 mL，降低幅度達95%；（二）2.0 mL的鹽酸濃度可以從原來的12 M降低至0.25 M，減量幅度達98%；以及（三）實驗所需配製之碘標準溶液可從250.00 mL降至100.00 mL；而碘化鉀的重量也可從3 g減量至0.9 g，減量幅度達70%。根據實際實驗，分別進行個別的實驗條件的結果是可接受的。若合併這些條件，則維他命C含量之測定結果是否仍在可接受範圍內呢？目前尚不知其可行性，有待進一步研究。

花蓮高工能在全國性的競賽中獲得獎項，對東部學生來說是莫大的榮耀與鼓舞，相信日後憶起參賽過程中付出之點滴甘苦與獲獎結果，能在其遭逢人生困境時燃起努力奮鬥不懈之火花。

n  參考資料及其他

1.        丙級化學學術科通關寶典（2012版）。台灣科大。編著：廖建治、蔡永昌。

2.        定量分析及實驗（1998）。林敬二、楊寶旺、陳寶山。高立圖書有限公司（台北市）。

3.        普通化學實驗II（2001）。楊永華。東大圖書公司（台北市）。

4.        分析化學實驗II（2008）。鄭新讚、鄭茜如。東大圖書公司（台北市）。

5.        分析化學實驗II（2002）。張國華、傅芳馨。全華科技圖書股份有限公司（台北市）。

6.        化學實驗環境保護篇（2002）。廖明淵。新文京開發出版有限公司（台北縣）。