鈷錯合物多段感溫變色棒的製作 廖旭茂1, 2*、程慧文1 1台中市立大甲高級中等學校 2教育部高中化學學科中心 *nacl880626@hotmail.com n 影片觀賞 本實驗影片由台中市立大甲高級中學提供,感溫變色棒的製作介紹。 影片網址:https://youtu.be/0WnOOqGF8ZI, YouTube. n 簡介 台灣是海島型氣候,每年三至五月,便會颳起南風,整個房屋的地板、牆壁濕濕黏黏的很不舒服;除了客廳、房間得用除濕劑,衣櫃內也要使用乾燥劑,到處都進行著一場防潮大作戰。 屋子怕潮濕,常見的糖果餅乾、維他命藥罐裡更怕潮濕;大家常常可以在各種食品包裝內發現一個小包裝的塑膠袋,裏頭裝著一小小顆透明的顆粒狀的乾燥劑;如果再往內仔細看,還會發現有幾顆的顏色是特別不一樣的藍色,如果過一段時間後,藍色球狀顆粒的顏色就會變成粉紅色。 圖1:含有氯化亞鈷的粉紅色的矽膠乾燥劑 國中學過利用氯化亞鈷試紙來檢驗水的存在,其實球型顆粒表面的藍色物質就是氯化亞鈷。本實驗將以氯化亞鈷的為主角,觀察在不同氯離子濃度下,溶液顏色的變化,隨即讓同學利用各種溶液在圖畫紙上預先繪製的圖案上色(如圖2),將藝術設計融入課程之中。最後選用溶液注入玻璃管或毛細管中,密封後製成多段變色的感溫棒。下圖為學生所繪製會變色的作品圖。 圖2:圖左為加熱前的顏色,圖右為吹風機加熱後的顏色(本圖為卓冠甫同學繪製) 期盼透過本實驗文章的分享,能拋磚引玉,將藝術、設計融入化學之中,提升化學原理在生活的應用性,並讓中小學的化學實驗能真正達到趣味性、動機性、安全性,符合綠色化學原則,落實永續教育的經營目標。 n 器材與藥品 一、器材: 每組需要:試管10支、試管架1個、小標籤紙10張、塑膠滴管3支、10 mL小量筒2支、玻棒1 支、外徑4mm PYREX玻璃管100公分長(或毛細管)、1mL塑膠針筒1支、水彩筆1支、鉛筆1支、吹風機1台、溫度計1支、透明矽利康1罐、600 mL燒杯2個、加熱板1台、冰塊一些、紫光雷射筆一支、抗UV護目鏡。 二、藥品: 無水氯化鈣CaCl2、氯化亞鈷晶體CoCl2.6H2O、UV光膠。 n 實驗步驟 一、比較不同氯離子濃度下,鈷錯離子的顏色變化 1. 取出10支乾淨試管,分別加入10 毫升、9.5毫升、9毫升、8.5毫升、8毫升、7.5毫升、7毫升、6毫升、5毫升、4毫升的蒸餾水,分別加入0克、0.5克、1.0克、1.5克、2.0克、2.5克、3.0克、4.0克、5.0克、6.0克的無水氯化鈣,依序配置成重量百分率濃度為0 %、5 %、10 %、15 %、20 %、25 %、30 %、40 %、50 %、60 %的氯化鈣溶液,並貼上標籤標示1~10號。標籤黏貼位置於試管的上緣處。每支試管中溶液之總重量為10公克。 圖3:不同氯化鈣溶液的配置 2. 將步驟1的10支試管中各加入約2.5克的氯化亞鈷晶體,以玻棒攪拌均勻。隨後以滴管吸取蒸餾水,以第1號試管的高度為基準,在2~10號試管中加入不等量的蒸餾水,溶液高度皆與1號試管等高,溶液最後的體積約10.5毫升。此時總鈷離子的濃度約為1 M。 3. 搖晃試管,或以玻棒攪拌,觀察並比較1~10號試管內容液顏色的差異,說明氯化鈣濃度的不同對顏色的影響。 圖4:不同氯離子濃度下,溶液呈現不同的顏色 4. […]
製作可逆式微型氫氧燃料電池並進行探索活動 游宗穎 高雄市立高雄女子高級中學教育部高中化學學科中心zwitterion.tw@yahoo.com.tw n 影片觀賞 可逆式微型燃料電池是教育部高中化學學科中心教學資源研發推廣小組2010年研發作品之一,本實驗幫助學生認識氫氧燃料電池,親手動手製作可逆式微型燃料電池,瞭解微型燃料電池如何對外作功。影片是由作者在高雄中學實驗室拍攝,本文提供其製作的詳細過程。 (影片網址:可逆式微型燃料電池,YouTube, https://youtu.be/VZqNHgObYtE.) n 簡介 本實驗利用氫氣與氧氣透過此燃料發電元件,進行氧化還原作用而輸出電能的原理,設計一套可攜帶、實際可用,在高中教學上方便學生瞭解氫氧燃料電池的小型可逆式燃料電池。此自製「可逆式微型燃料電池」電解產生的氫氣與氧氣無須在鉑或鎳的催化下,進行逆向反應使電解出的氫氣和氧氣放電。 本實驗係透過燃料電池之實作與探索活動,幫助學生認識「燃料電池」與其運作原理,以下說明氫氧燃料電池的製作過程以及涉及的原理和概念。 n 藥品與器材 一、藥品:硝酸鈉(NaNO3)、硫酸鈉(Na2SO4)、硝酸鉀(KNO3)、硫酸鉀(K2SO4) 二、器材:市售廢棄乾電池(3號AA)、9 V電池、塑膠試管(10 mL)、塑膠筆蓋、鱷魚夾導線電池座、熱熔膠槍、瓦斯噴燈、三用電表。使用之器材如圖1所示。 圖1:製作氫氧燃料電池所需之器材 n 實驗步驟 一、石墨棒(電極)之活化處理 1. 以尖嘴鉗拆除一顆廢棄3號乾電池,取出石墨棒並留下電池的金屬墊片和石墨的固定環。 2. 將取出的石墨棒浸泡於乙醇1天,或以超音波震盪機清洗數次,清洗乾淨之後,烘乾備用。(此石墨棒會殘留乾電池的一些電解質和糊狀物質,必須清理。) 3. 以鉗子夾住石墨棒,分別將石墨棒的上、中、下三部分在高溫瓦斯噴槍之火焰上加熱至紅熱(溫度約為1300℃),約5分鐘後,將其迅速插入冷水中使其急速冷卻。 4. 重複步驟3三次以上,使整支石墨棒之每一部位皆達紅熱後再急速冷卻,使石墨棒表面充分活化,去除石墨間的膠結物和雜碳相,活化後的石墨棒表面會出現一些細微孔洞增加表面接觸面積。圖2為石墨棒處理過程。 圖2:廢電池之石墨棒、金屬墊片、固定環(左),石墨棒表面活化處理(右) 二、可逆式微型氫氧燃料電池組裝 可逆式微型氫氧燃料電池組裝的流程簡圖,如圖3所示。 圖3:微型氫氧燃料電池組裝流程簡圖 詳細的組裝步驟,如下步驟所示。 1. 取兩支透明塑膠筆蓋(內徑8 mm),切割長度為15 mm,並在底部鑽孔(直徑約3 mm的小圓孔) 2. 將已活化的石墨棒插入塑膠筆蓋之管口,然後蓋上廢棄乾電池之石墨的固定環,使石墨棒一端露出墊片約3 mm長。再用熱熔膠將石墨棒之上方固定在墊片和筆蓋口上,使其與管口密閉。重複製作,完成兩支相同電解管的製作。電解管完成圖如圖4所示。 圖4:組裝電解管(左),兩支燃料電池之電解管(右) 3. 取一支10 mL的塑膠試管,切成兩條長度約4 cm的塑膠管。 4. 將兩支燃料電池之電解管,經由步驟1的小圓孔,裝填1.0 M的NaNO3。 5. 用熱熔膠先固定一支電解管在塑膠管的一端後,再裝填適量的1.0 […]