草酸鎂溶解度積常數測定的改良實驗 陳欣怡*、李晨君、戴珮玲 新北市立中和高級中學*shinekudo@gmail.com   n  前言 本實驗試圖改良草酸鎂溶解度積常數測定的實驗方法，先以三碘離子代替過錳酸鉀滴定草酸根離子，測量草酸根離子的濃度，求出草酸鎂濃度積常數；再利用滴定過的溶液以氫氧化鈉滴定，測量鎂離子濃度，求出草酸鎂的溶解度積常數。藉由此兩個實驗，可雙重確認其實驗數據的準確性，且符合綠色化學的定義，把對人體和環境危害較大的藥品，替換成較無危害的藥品，既能測定草酸鎂濃度，又不會對環境造成太大影響，真是一舉兩得。 n  原理和概念 一、課本原設計實驗 在基礎化學（三）課本中，草酸鎂的溶解反應如式[1]所示，其溶解度積常數的表示如[2]所示。 MgC2O4(s)⇌Mg2+(aq)+C2O42‒(aq)[1] Ksp=[Mg2+][C2O42‒][2] 課本原設計實驗有兩個部分：第一部分為先將草酸鎂溶解，過濾溶液，秤未溶的草酸鎂的量，求草酸鎂溶解度，再求其溶解度積，但此法因實驗過程中容易因過濾與乾燥等問題造成大誤差。第二部分是利用過錳酸鉀滴定草酸根離子，紀錄滴定過程中消耗的過錳酸鉀莫耳數，可推算草酸鎂溶液中草酸根離子的濃度，藉此求草酸鎂的溶解度積常數，其反應如式[3]所示。 2MnO4(aq)+5C2O42‒(aq)+16H+(aq)→2Mn2+(aq)+10CO2(g)+8H2O(l)[2] 草酸鎂溶解度積常數的使用藥品，如表一所示。過錳酸鉀和硫酸的害處，如下所示。 表一：草酸鎂溶解度積常數的使用藥品 藥品 濃度 體積 草酸鎂 未知 20 mL 硫酸 2M 30 mL 過錳酸鉀 0.02M 未知 (一)   過錳酸鉀的害處 1.        其誤食有害。 2.        接觸過量稀溶液可能造成嚴重皮膚灼傷和眼睛損傷；濃溶液具強腐蝕性，長期暴露會影響中樞神經系統，記憶及判斷會有困難、情緒不穩。400mg/Kg影響生育力。 3.        對水生生物毒性非常大並具有長期持續影響。 (二)   硫酸的害處 1.        健康危害：對皮膚、粘膜等組織有強烈的刺激和腐蝕作用。蒸氣或霧可引起呼吸道刺激，重者發生呼吸困難和肺水腫；對眼睛可引起結膜炎、水腫等，以致失明。慢性影響：牙齒酸蝕症、慢性支氣管炎、肺氣腫和肺硬化。含硫酸的無機酸霧滴具致癌性。 2.        環境危害：對環境有危害，對水體和土壤可造成酸化污染。 二、改良實驗 圖一：改良實驗的概要圖 (一)      原課本設計實驗A：以碘直接滴定草酸根離子 在此氧化還原滴定中，利用草酸根離與三碘離子的氧化還原反應（見式[4]），以澱粉為指示劑，當滴定達到終點時，澱粉的螺旋結構的內部空間，恰能容入碘分子加上碘分子與澱粉間以凡得瓦力固定為一複合物，因此溶液呈現紫藍色，如圖二所示。再利用三碘離子濃度×體積 = 草酸根離子濃度×體積，求草酸根離子濃度，帶入式[5]，求得草酸鎂溶解度積常數。 C2O42‒(aq)+I3‒(aq)→2CO2(g)+3I‒(aq)[4] Ksp＝[Mg2+][C2O42‒]＝[C2O42‒]2[5] 圖二：澱粉與三碘錯離子形成錯合物 […]

猜一猜有什麼顏色跑出來–帶國小學生進行濾紙層析趣味實驗 邱進坤 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 Jamin.chiou@gmail.com   n  簡介 也許大家都有同樣的經驗，常看見小朋友下課時，隨手一張小紙張，小朋友們就可以獨自沉浸在自已的無限想像世界。突然發想，除了單純的彩色筆的色彩，小朋友應該可以有更寬廣的漸層世界。如果能運用學童畫畫的相關器具為材料，加上小孩無限的想像空間，透過色彩的激發，可以帶來更多聯想。 常思索怎樣的教學方式，可以讓國小學童，更喜愛學校裏的課程，尤其是國小三年級的學童，剛接觸到自然學科還不到一個學期，可否利用簡單的化學原理，以及生活中常用的事物，觸動學童們的學習之門，在不用探究深奧學理的方式下，以遊戲的方式，體會科學的樂趣，同時引起學童科學的探究之旅？因此，本文設計相關課程，以新北市某國小三年級30位學童為授課對象，陳述整個授課過程。 n  實驗目的 （一）        觀察濾紙上彩色筆標記的點，濾紙沾溼後，顏色會有什麼變化？ （二）        觀察不同顏色的彩色筆在濾紙上標記，散開的顏色是否相同？那一種顏色較快？ （三）        觀察不同顏色的彩色筆在濾紙上標記，最後在濾紙上分離的顏色種類是否相同？ n  原理和概念 （一）     本實驗是利用色層分析的原理，因為混合物中的成分在固定相和流動相裏，對溶劑的親和力的不同，而呈現不同移動距離，與流動相親合力大的物質，會跟著流動相移動到較遠的距離，與固定相親和力大的物質，較移動的較小。 （二）     在本實驗中，我們利用水來當溶劑，水就是流動相，而濾紙中的纖維就是固定相，因為彩色筆裏的筆液是由多種物質所組成，所以當濾紙在裁剪每種色彩的色筆，其所含的物質也不相同。   n  實驗設備器材 不同色彩色筆30枝、90mm圓形濾紙、透明塑膠杯、水、剪刀、小尺、小量杯、手錶 n  實驗步驟與過程 本實驗是利用濾紙懸掛的方式，在濾紙下方接觸到約5mm公厘的水，詳細的實驗步驟如下： 1.      先將90mm圓形濾紙，對折再對折找出圓心位置(學生於3上數學已學過圓心概念)。 2.      用直尺在其中直徑的二端，各量2cm距離，先用鉛筆各畫二條垂直至圓周，上方一樣各留2cm距離。 3.      利用剪刀將圖二的黑線剪開，將濾紙剪成有二個翅膀狀的紙片(如圖三)。 4.      濾紙底部需剪平(如圖三)，以確保接觸水的部分是水平。 圖一 剪濾紙步驟一 圖二剪濾紙步驟二 圖三剪濾紙步驟三 圖四剪濾紙步驟四                                                                                             圖四 準備實驗用的水 圖五 放入點上色筆的紙 圖六等待色素展開   […]

帶國小學生做「金銀銅幣變變」趣味化學實驗   楊朝芳 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班一年級 yachfa@yahoo.com.tw n  前言 　　一元銅幣在生活中，幾乎是平凡無奇，甚至有很多人覺得一元很麻煩，一元掉在地上，也不太有人會去撿，隨著時代的進步，開始有了信用卡、悠遊卡、儲值卡…..，或許真的有一天，不再發行前也是有可能的，然而當老師將銀色的一元展現給小朋友看時，小朋友的反應都會認為那是五元硬幣，總是要與一元銅幣做比較時並看到上頭寫著「壹元」，小朋友才相信。 　　老師在課堂上，拿著一個銀色的壹元，先將酒精燈點著，再用鑷子夾著銀色壹元，移至火上烤，這時銀幣受熱後，神奇的事情發生了，銀幣竟在眾人的眼前變成了金色的，國小同學哇!的一聲，一種不可思議的反應，甚至有人懷疑那是假的錢，當小朋友親自拿到手上時也確認這是真的，此時每個小朋友都想自己試試看，也想擁有那神奇的金銀幣，教師接著告訴小朋友，如果要做這項實驗，必須請小朋友在下一次上課時，帶三個壹元硬幣來學校，最好帶接近新的硬幣來做實驗，做出來的成品會較漂亮。      圖1：銀幣在眾人的眼前變成了金色的 圖2：小朋友自己完成金銀銅幣實驗展示自己成品 n  銅幣是如何變成金銀幣的？ 本實驗所涉及的化學反應式呈現如下: (一)鋅在強鹼中會放出兩個電子形成鋅離子。 NaOH(aq) + Zn(s) →Na2ZnO2(aq) + H2(g) Na2ZnO2(aq) + 2H2O(l) → Zn(s) + O2(g) + 2HO–(aq) + 2Na+(aq)      (二) 鋅離子還原成金屬鋅附著在金屬銅表面成銀色。 Zn2＋ (aq)＋Cu(s) →Cu2＋ (aq)＋Zn(s) (三) 持續加熱使鋅與銅均勻混合成黃銅合金。 　　 圖3:銅變銀(鋅附著在銅幣表面)、變金(銅與鋅混合均勻成黃銅) n  可讓學生探索的實驗問題 （一）        用什麼材料可以製作金銀銅幣變變變？ （二）        熱對物質所產生什麼影響？ （三）        一元銅幣就可以製作金色與銀色的錢幣嗎？ （四）        溫度是否會影響到實驗結果？ （五）        […]

雙氧水製氧實驗中替換催化劑的評估 王進賢 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 ahian150221@gmail.com n   前言     氧氣是地球上許許多多生物維持生命現象不可缺乏的物質，國民小學自然課在「空氣與燃燒」(翰林版5上自然與生活科技，2015)這類單元中，有詳細的介紹與實驗。在前階段「空氣對燃燒的影響」實驗中，學童已觀察到造成兩支蠟燭是否能繼續維持燃燒現象的原因(如圖1所示)，是由於空氣供給的量足不足夠。而在空氣的成分之中，除了已知的氮氣和二氧化碳不能幫助燃燒之外，到底哪一種物質是燃燒的關鍵因素呢?答案當然就是學生最熟悉的氣體―氧氣了!     在國民小學階段的自然實驗課中，製造氧氣常用的方法是將雙氧水加入紅蘿蔔當作催化劑的方式(翰林版5上自然與生活科技，2015)，比起以二氧化錳來得安全、方便與生活化。但經過中小學科展的實驗證明，幾種常見蔬果在雙氧水製氧時當作催化劑的效果頗佳，有的甚至比紅蘿蔔好(王小芩、高睿辰、李品君、徐晢尹等，2014)，所以我們此次的實驗就增加一項，採用其中效果很好的金針菇來當催化劑。在此實驗中，並搭配與教科書稍微不一樣的燃燒實驗，看看效果如何? 圖1 蠟燭燃燒與空氣的關係   n  實驗器材和藥品 1. 紅蘿蔔 2. 金針菇 3. 雙氧水(市售消毒用約5%) 4. 廣口瓶  5. 線香  6. 捲紙條 (A4大小廢紙)       7.  50ml量筒 圖2實驗器材與藥品   n  實驗原理 1.      雙氧水製造氧氣的化學反應式 :  2 H2O2    2 H2O + O2 2.      此反應式中的催化劑在國民小學的實驗室常用二氧化錳或其他含有過氧化氫酶的植物(例如胡蘿蔔等)。 3.      燃燒實驗的反應式: C + O2 à  CO2 […]

國小學生製作薑黃試紙進行「無字天書」活動 李 萍1、2,*、張自立3、辛懷梓3 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 2新北市立永和區網溪國民小學 3國立臺北教育大學自然科學教育學系 leepin570810@gmail.com ■前言 在國小自然與生活科技五下課程「水溶液的酸鹼性質」單元中，小朋友認識到很多植物都富含花青素，可以作為天然酸鹼指示劑，檢驗水溶液的酸鹼性質，例如：紫色高麗菜汁、紅鳳菜汁、黑豆水…等。筆者之前曾參加過自然科研習，有講師介紹薑黃試紙，提及薑黃中的薑黃素也是一種很不錯的酸鹼指示劑材料，薑黃素在中性、酸性條件下呈黃色，例如：與鹽水和食用醋作用會呈現黃色；而在鹼性條件下，當pH大於8時，薑黃素會由黃轉紅，呈現紅褐色，例如：與小蘇打水或肥皂水作用會變成紅褐色。因此筆者這學期以薑黃試紙為主題在任教班級內進行延伸課程，希望藉此活動讓六年級學生複習上學期學過的水溶液酸鹼性質單元，並認識另一種不同於花青素的酸鹼指示劑。 ■薑黃素是什麼？ 薑黃（curcuma）是咖哩粉中常見的香料成分，它是一種從薑科植物的根莖提取得到的黃色色素，薑黃素（curcumin）是最主要的薑黃化學成分，具明亮鮮豔的顏色，它對還原劑穩定，著色力強，不易褪色，可以作為食用色素，嚐起來味辛，帶點土味，常用來作為咖哩等食品添加原料。除了作為食品原料，薑黃素也具有廣泛的藥理作用，在古印度及中國醫學都曾使用薑黃來治療發炎性疾病、皮膚疾病及創傷，近代研究證實薑黃素（curcumin）具有如降血脂、抗氧化、抗發炎等功能。2004年時發現薑黃素能抑制HIV-1整合酶活性而用於愛滋病的臨床試驗，此外，抗癌是薑黃素的主要藥理活性之一，其抑制腫瘤的作用已在許多動物實驗中得到反覆證實，其具體抗癌機制已成為近期研究熱點 (維基百科，2017)。 在化學上，薑黃素天然的酚類在固態和溶液中主要是以烯醇式（enol form）存在，其結構式如下圖所示(維基百科，2017)。由於薑黃素不溶於水和乙醚，但溶於乙醇、丙酮、冰醋酸和丙二醇，因此我們可以利用乙醇(藥用酒精)作為溶劑，將市售薑黃粉與乙醇調合後，做成酸鹼指示劑溶液或製成試紙，讓小朋友試著利用薑黃試劑或試紙檢測不同性質的水溶液。 薑黃素的結構式，圖片來源：維基百科   ■本課程實驗器材 一、薑黃試劑與試紙製作器材 1.燒杯(50ml)  一個       2.湯匙  1支      3.藥用酒精(濃度95%)  一瓶 4.市售薑黃粉 一罐        5.乳膠手套  12雙 6.圍兜6件               7.晾衣夾  26支   8.A4影印紙  13張 二、無字天書活動每組器材 1.試管、試管架、燒杯 2.酸鹼水溶液6種(鹽水、糖水、醋、檸檬汁、小蘇打水、肥皂水) 3.白色蠟燭 4.水彩筆   ■教學流程 壹、準備活動(引起動機) 1.教師在課堂上分發薑黃粉讓每組學生觀察，並說明薑黃粉是製造咖哩的主要原料。 2.以簡報介紹薑黃和薑黃素的關係，認識薑黃素（curcumin）是薑黃中存在的天然食用色素。 3.向學生解說薑黃粉中的薑黃素可以製作指示劑，就像五年級學過的紫色高麗菜汁中的花青素，遇到酸鹼水溶液會有不同的顏色變化。   貳、發展活動 活動一：當酸鹼水溶液遇到薑黃指示劑 1.取3公克薑黃粉到一個小燒杯中，加入30 ml藥用酒精，用湯匙攪拌促進溶解，形成黃色的薑黃酒精溶液，如圖一所示，即可成為薑黃指示劑。 2.每組準備6種酸鹼不同性質的水溶液：鹽水、糖水、醋、檸檬汁、小蘇打水、肥皂水，倒入試管，學生以滴管將薑黃指示劑分別滴入6種水溶液中，觀察並記錄水溶液在指示劑加入後的顏色變化，如圖二、三。學生會發現薑黃素在鹼性的小蘇打水和肥皂水中呈現紅褐色，在酸性的醋、檸檬汁和中性的鹽水、糖水中則呈現黃色，如圖四所示。   圖一：自製薑黃指示劑材料 圖二：以薑黃指示劑檢驗水溶液 圖三：觀察水溶液的顏色變化 圖四：水溶液遇薑黃指示劑的變化 […]

國小自然教室裡的化學探究與實作─以製作天氣瓶為例 葉雅婷 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 vvsky@apps.ntpc.edu.tw n 前言 一百零八學年度開始，十二年國教的新課綱即將上路，為配合十二年國教課程的連貫性，相關的課綱內容也進行了些微的調整。在自然科學領域當中，制定了核心素養的三大內涵：（一）提供學生探究學習、問題解決的機會，並養成相關知能的「探究能力」；（二）協助學生了解科學知識產生方式和養成應用科學思考與探究習慣的「科學的態度與本質」；（三）引導學生學習科學知識的「核心概念」。從核心素養可以發現，新課綱希望培養學生在學習「核心科學概念內容」之外，同時重視學生在 「探究能力」和「科學的態度與本質」兩方面的「學習表現」，使學生知而後能行。因此，筆者希望藉由課外的課程–天氣瓶的製作，讓學生從觀摩前人的設計中，來培養探究的能力。讓學生從自己動手操作的過程中，發現問題進而解決問題，並建立實作的能力。 n 「天氣瓶」介紹 天氣瓶在歷史上又被稱為風暴瓶（Storm Glass）。在18世紀〜19世紀的歐洲，曾被當作天氣預報的工具。天氣瓶是在密閉的玻璃容器中，裝入多種化學藥品組成的透明溶液，它會根據外界的溫度變化，呈現出不同型態的結晶，舊時被用來預報天氣的變化，現在則為美麗的科學裝飾品。 圖一 自製的天氣瓶 n 課前準備 一、藥品 名   稱 容   量 數量 1.硝酸鉀（KNO3） 500 g 1 2.氯化銨（NH4Cl） 500 g 1 3.天然樟腦粉（Camphor，C10H16O） 500 g 1 4.蒸餾水（純水，H2O） 2500 mL 1 5.酒精（95%， C2H5OH） 500 mL 5 二、器材 名   稱 數量 1.燒杯（500 mL） 12 2.玻棒 12 3.量筒（100 mL） 8 […]