臺灣化學教育
Chemistry Education in TaiwanBlog Archives
應用微型實驗在國中小二氧化碳製備之比較 ／ 葉瀚陽、張自立、辛懷梓
Thursday , 3, May 2018 微型化學實驗, 第25期/2018年5月 Comments Off on 應用微型實驗在國中小二氧化碳製備之比較 ／ 葉瀚陽、張自立、辛懷梓應用微型實驗在國中小二氧化碳製備之比較 葉瀚陽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班 2國立臺北教育大學自然科學教育學系 1tony81yhy@gmail.com ■前言 在現行國中小自然與生活科技領域課程中，皆有二氧化碳氣體的製備實驗，國小實驗方式主要是用燃燒蠟燭產生二氧化碳，或在塑膠袋中加入小蘇打加醋收集氣體。但上述方式卻有收集氣體的純度不足或實驗操作不易之處。 國中課程則改用排水集氣法來收集二氧化碳，其優點是可以大量收集二氧化碳，且收集過程中即驗證二氧化碳難溶於水的特性，對於定性的驗證較為方便。但在「產量」的控制上，排水集氣法無法精準觀察產量變化。本篇旨在以微型實驗「針筒集氣法」比較蠟燭產氣法、塑膠袋集氣法以及排水集氣法等實驗方式之不同處，保留優點並修正不足之處。 ■微型實驗的目標及應用 微型實驗發展已有一段時間，最主要訴求是希望比起一般實驗操作，可以達到更環保、簡便及安全的目的，力求簡化實驗的複雜度，並對環境造成最小汙染（方金祥，2014a）。 本篇針筒集氣法即微型實驗的一種應用，以學生易於取得的器材，簡化實驗的器材裝設與操作步驟，且反應後產生的廢棄物及汙染也極少，相當符合微型實驗的精神。文獻指出，方金祥（2014b）曾利用針筒進行氯氣製備實驗的相關研究，本篇參考其裝置設計，將其應用於其他氣體的製備實驗，再與傳統排水集氣法進行教學比較。 民國106年的新北市國小組科學展覽會中，即有一篇是以「針筒集氣法」來收集氣體，解決傳統「排水集氣法」無法量化紀錄缺點，並以針筒集氣法測定不同反應物的重量、濃度與溶液種類的氣體生成實驗比較。然在此篇科展的結論中，僅說明針筒集氣法之優點，未詳細與蠟燭集氣法、塑膠袋集氣法與排水集氣法進行優缺比較，也未在教材的延續上做說明。本篇將詳細比較上述各種實驗方法之器材與反應物的準備、操作步驟以及反應後剩餘物的差異，以作為國中、小教師未來在進行氣體製備單元教學時的參考。 ■二氧化碳製備實驗的重要性與教學目標 國小階段的二氧化碳製備主要是定性實驗，教學目標主要為帶領學生學會設計實驗流程、決定控制與操作變因以及認識二氧化碳的基本特性，例如助燃性或比空氣重等等。 國中則包含定性與定量，除了再次驗證二氧化碳的基本性質外，主要的教學目標是要讓學生了解二氧化碳製備背後的化學反應，包括化學式的認識以及反應物與生成物的劑量計算。可惜的是現行國中課程雖有化學計量的課程編排，卻因定量實驗的精準度要求高、操作工具繁雜及實驗討論困難，導致多有忽略。 十二年國教強調「探究與實作」，旨在培養學生的操作與辯證、處理數據、資料合理度判斷與檢核等能力。因此本篇研究希望對學生自然領域的核心素養培養、國中小自然領域課程設計、教師教學操作與實務討論等面向皆能有所貢獻。 ■傳統製備二氧化碳之實驗討論 一、國小： (一) 方法：蠟燭集氣法、塑膠袋集氣法。 (二) 討論： 1. 上述的兩個實驗主要說明物體燃燒及小蘇打加醋皆可以產生二氧化碳；接著透過加入澄清石灰水產生白色沉澱，檢驗燃燒後產生的無色、無味氣體為二氧化碳。 2. 蠟燭集氣法的耗時取決於廣口瓶的大小，小容量廣口瓶不方便學生操作，選擇大容量卻又可能導致時間不易掌握。 3. 實驗後廣口瓶及塑膠袋內不僅有二氧化碳，因此無完整驗證是否為二氧化碳造成澄清石灰水產生沉澱。 二、國中： (一) 方法：排水集氣法。 (二) 討論： 1. 此實驗相較國小的方法可以收集到較純的二氧化碳，且同時也在實驗過程中證明了二氧化碳難溶於水。 2. 但實驗流程中對「中段氣體」的說明卻不精準，學生不知何時該開始收集。以及此反應容易準備過多反應物，導致實驗後的殘餘反應物較多。 3. 本實驗可精準測量反應物的量，但對氣體生成量的計算，因收集氣體的操作流程中會釋放些許氣體而顯得困難。 ■微型實驗「針筒集氣法」製備二氧化碳實驗的器材、流程與比較 一、實驗器材（以小蘇打加醋為例）： 塑膠針筒、玻璃針筒、三轉活塞、小蘇打水溶液、醋、澄清石灰水。 […]
創意微型實驗—微型環保禮炮 方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 氫氣槍或酒精槍是參與科學研習活動中學生的最愛之一，這兩支化學槍是使用同一支槍，只是其中之差異是所用的可燃性氣體不同而已，氫氣槍用的可燃物是氫氣而酒精槍用的是酒精蒸氣。學生在動手做實驗當中很想嘗試有聲音產生的現象，甚至聲音要大到有如爆炸聲才過癮，但是往往期待時又怕受到傷害，因此在早期的國編版國中理化教科書及現行國中自然與生活科技教科書中竟連有小小爆鳴聲的氫氣製造與檢驗的實驗就早已被刪掉了，本人覺得沒有讓學生親身體驗一下氫氣的製造與其檢驗實在很可惜，有鑑於此本人早於民國七十年代就設計一套非常簡易安全又快速的「微型氫氣製備裝置」，用來製造氫氣進而供給氫氣槍所需之可燃性氫氣。 n 過去的微型氫氣槍或酒精槍 本人過去曾以打火機或瓦斯點燃器、底片空盒子、塑膠注射筒、乒乓球、熱熔膠、導線以及電火布等組裝成簡易安全之「微型氫氣槍或酒精槍」，其作品如相片一～五所示。 1. 利用各式各樣的打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍，如相片一所示。 相片一：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 2. 利用打火機的壓電裝置、具有聲光之玩具槍與底片空盒子組合而的成氫氣槍或酒精槍，如相片二所示。 相片二：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 3. 利用打火機的壓電裝置與塑膠注射筒組合而成的氫氣槍或酒精槍，如相片三所示。 相片三：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 4. 利用打火機的壓電裝置直接與底片空盒子組合而成氫氣槍或酒精槍，如相片四所示。 相片四：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 5. 利用打火機中之壓電裝置與手杖組合而成的氫氣槍或酒精槍，如相片五所示。 相片五：打火機與底片空盒子直接組合而成的氫氣槍或酒精槍 n 微型環保禮炮之原理 「微型環保禮炮」，係利用打火機的壓電裝置之兩條導線，在一密閉容器（底片空盒子）中經按壓其壓電裝置後會由伸入密閉容器的兩條導線之尖端放電產生小火花，其小火花會將裝於密閉容器中之可燃性氣體（如氫氣、酒精蒸氣或乙炔氣體）於瞬間引爆，並產生極大壓力而將密閉器（底片空盒子）之蓋子彈飛出去時，隨即發出很一聲非常「ㄅㄧㄤˋ」的聲響，猶如施放禮炮之聲音。 n 微型環保禮炮之設計與製作 一、材料、藥品與器材 1. 材料：打火機、底片空盒子、熱熔膠、電火布（見相片六） 打火機 底片空盒子 熱熔膠 電火布 尖錐 相片六：實驗所需材料 2. 藥品：鎂帶、碳化鈣（CaC2）、稀鹽酸（3 M HCl）、酒精（見相片七） 鎂帶 […]
創意微型實驗—微型濾紙色層分析 ／ 方金祥
Sunday , 26, June 2016 微型化學實驗, 第14期 / 2016年7月 Comments Off on 創意微型實驗—微型濾紙色層分析 ／ 方金祥創意微型實驗—微型濾紙色層分析 方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 將顏色之三原色紅、黃、藍等三種顏色依照不同比例混合在一起時即可呈現出各種顏色來，市售彩色筆的顏色之多也是如此，如要將已混合在一起的彩色筆的顏色分開來，進而了解是由哪幾種顏色混合起來的，有些是可猜出來的，譬如橘色是由紅色和黃色混合而成的，綠色是由黃色和藍色混合而成的，紫色是由紅色和藍色混合而成的，但是黑色彩色筆到底是由那些顏色混合起來的就很難猜出來，若欲將混在一起的顏色加以分開，就必須利用科學的方法，如色層分析法。作者於民國八十一年八月曾在聯合報科學專刊寫了一篇動手做做看（揭開黑色彩色筆的奧秘，如附件一所示），也就是利用簡易微型色層分析法將黑色彩色筆出離出不同顏色來，本文將以橘色和黑色彩色筆為例，分別以手動圓形水平展開、自動水平展開及自動垂直上升展開等三種不同的微型色層分析法將其顏色分開以供作參考。 n 微型濾紙色層分析之原理 微型濾紙色層分析乃是利用濾紙與水來進行分離色素的一種色層分析法，其原理是依據畫在濾紙上之彩色筆的顏色被濾紙吸附（Adsorption）能力及在水中之分配（Partition）能力的不同，而產生在濾紙上有不同的移動速度及出現不同顏色及其所處的位置。 n 材料與藥品 塑膠培養皿（直徑9 cm）、塑膠培養皿（直徑14 cm）、濾紙（185 mm）、塑膠滴管、黑色彩色筆、橘色彩色筆、塑膠滴管、水。 n 微型濾紙色層分析實驗操作 微型濾紙色層分析展開法分成手動圓形水平展開、自動水平展開及自動垂直上升展開等三種方法： 一、 手動圓形水平展開 (一) 黑色彩色筆 1. 準備一個直徑9 cm的塑膠培養皿，如相片一所示。 相片一：塑膠培養皿 2. 用黑色彩色筆在一張濾紙的正中央處畫一個直徑約為2 cm的空心圓，如相片二所示。 相片二：黑色彩色筆（左）、濾紙正中央處畫一個空心圓（右） 3. 將畫好圓形之濾紙置放在塑膠培養皿的上方，如相片三所示。 相片三：濾紙置於塑膠培養皿上 4. 用塑膠滴管吸取水，並在濾紙上空心圓的中央處逐滴地滴入水，如相片四所示。 相片四：將塑膠滴管中之水逐滴滴於空心圓之中央處 5. 待第1滴水擴散之後再滴入第2滴水、第3滴水，以此類推，如相片五所示。 相片五：滴入之水擴散之後再繼續滴滴水 6. 當水滴入濾紙直至能看到彩色筆的顏色分開且呈現明顯的顏色來為止。 7. 待濾紙上之水乾了之後，再將置放於塑膠培養皿之濾紙取下來。 (二) 橘色彩色筆 1. 準備一個直徑9 cm的塑膠培養皿。 2. 用橘色彩色筆在一張濾紙的正中央處畫一個直徑約為2 cm的空心圓，如相片六所示。 相片六：橘色彩色筆（左）、濾紙正中央處畫一個空心圓（右） […]
創意微型實驗—微型變色自來水裝置與在化學教學演示上之應用 ／ 方金祥
Tuesday , 3, May 2016 微型化學實驗, 第13期 / 2016年5月 Comments Off on 創意微型實驗—微型變色自來水裝置與在化學教學演示上之應用 ／ 方金祥創意微型實驗—微型變色自來水裝置與在化學教學演示上之應用 方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 本文描述微型變色自來水龍頭裝置之設計，該裝置在密閉系統之下使水位較低的儲水槽中之水往較高於儲水槽上的水龍頭流出來，並可應用於一般酸鹼指示劑或天然酸鹼指示劑與由水龍頭流出來之酸鹼溶液，經過酸鹼中和之後的指示劑顏色變化之教學演示，使化學教學更為生動活有趣。 n 微型變色自來水及其變色之原理 微型變色自來水是利用大氣壓力和虹吸現象，使在密閉系統中之水由下往上流，再經由塑膠三通活栓之水龍頭流出。流出之水之所以會變色，乃是由於在水中分別加入酸與鹼性溶液及酸鹼指示劑，當由兩個微型水龍頭流出之酸性溶液與鹼性溶液碰在一起時，會即刻起了酸鹼中和反應，進而使酸鹼指示劑之顏色發生變化。 n 材料藥品與器材 1. 藥品：稀鹽酸（1 M）、氫氧化鈉溶液（1 M）、紫色高麗菜，如相片一所示。 相片一：紫色高麗菜 2. 材料：5號塑膠罐、塑膠密封罐、塑膠三通活栓、塑膠塞、100 mL塑膠瓶、5 mL塑膠滴管、透明塑膠軟管及橡皮管，如相片二所示。 相片二：塑膠罐、塑膠密封罐、塑膠三通活栓、塑膠塞、塑膠瓶、塑膠滴管、透明塑膠軟管及橡皮管 3. 器材：熱熔膠（槍），如相片三所示。 相片三：熱熔膠槍 n 微型變色自來水裝置之設計與組合 一、 塑膠密封罐與其蓋子上之附件 取自市售密封塑膠罐，在蓋子的直徑上有三附件，其一為較大的孔洞（直徑約7 mm），在此孔洞上附有一個可使其密封的塑膠塞子。另在蓋子上的正中央及其後方處各有1個小孔，小孔上分別有塑膠小側管，如相片四所示。 相片四：市售塑膠密封罐（左）及在其蓋子有3個孔洞，有2個小孔（右上和右中）和1個孔洞（右下） 二、 自來水儲存槽之設計與組裝 1. 將1支100 mL塑膠瓶的蓋子打開，然後用剪刀將蓋子之尖端剪掉0.3 cm，如相片五所示。 相片五：塑膠瓶與其蓋子 2. 打開密封罐蓋子上直徑約7 mm的孔洞上之塑膠塞，然後將塑膠瓶之蓋子倒插入密封塑膠罐蓋子上的孔洞中，並用熱熔膠將其固定之，如相片六所示。 相片六：用熱熔膠將塑膠瓶之蓋子倒插並固定在密封塑膠罐蓋子上的孔洞中 3. 於塑膠瓶之蓋子底下，接上一條長約30 cm之透明軟管（可至密封塑膠罐之底部），如相片七所示。 相片七：塑膠蓋子底下接上一條透明軟管 4. 用剪刀將100 mL的塑膠瓶底部剪開，然後再將其與固定在密封塑膠罐上之塑膠蓋組合起來作為自來水之水槽之用，如相片八所示。 相片八：剪開底部之塑膠瓶（左）與原蓋子組合起來供作水槽（右） […]
創意微型實驗—微型質量守恆裝置 ／ 方金祥
Wednesday , 2, March 2016 微型化學實驗, 第12期 / 2016年3月 Comments Off on 創意微型實驗—微型質量守恆裝置 ／ 方金祥創意微型實驗—微型質量守恆裝置 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 利用本文所設計之並聯式塑膠注射筒，以橡皮管連接，將其組裝成一密閉系統之微型質量守恆裝置，並在兩支並聯式注射筒中進行化學反應，在反應前後分別加以稱量，以驗證質量守恆（不滅）定律。 n 微型質量守恆之原理 當化學反應達到平衡時，各反應物與各生成物間的係數比與分子數的變化量比值會相等，這些比值也會等於各反應物與各生成物間的莫耳數的變化量比值，因此在化學反應中反應前與反應後之總質量應不會改變，此稱為質量守恆定律（Law of conservation of mass），或稱質量不滅定律。本文中將以酸鹼中和反應和氧化還原反應為例來驗證質量守恆（不滅）定律。 n 藥品、材料與器材 1. 藥品：檸檬酸、小蘇打粉、廣用指示劑、碘液、硫代硫酸鈉等。 2. 材料：本實驗所用之材料，有10 mL塑膠注射筒和橡皮管等，如相片一所示。 相片一：橡皮管（左）與10 mL塑膠注射筒（右） 3. 器材：本實驗中所用之器材為攜帶型數字顯示天平和熱熔膠（槍），如相片二所示。 相片二：攜帶型數字顯示天平（左）和熱熔膠槍（右） n 微型質量守恆裝置之設計與組合 1. 用熱熔膠在2支10 mL塑膠注射筒之上下固定成「並聯式塑膠注射筒」，如相片三所示。 相片三：並聯式塑膠注射筒 2. 取一條長約7 cm之橡皮管，將其兩端分別接在並聯式塑膠注射筒前端上，即完成「微型質量守恆定律裝置」之組裝，如相片四所示。 相片四：橡皮管（左）、並聯式塑膠注射筒（中）以及微型質量守恆定律裝置（右） n 實驗操作 1. 將連接在並聯式塑膠注射筒上的橡皮管拔離。 2. 分別在注射筒前端各別接上一支去掉針尖的注射針，並分別插入測試溶液中抽反應物溶液各5 mL，然後再將注射針拔離，分別用一粒塑膠塞塞住並聯式塑膠注射筒備用。 3. 將並聯式塑膠注射筒上之塑膠塞分別拆離，然後將橡皮管兩端分別接在並聯式塑膠注射筒上。 4. 將攜帶型數字顯示天平之蓋子打開並歸零之，如相片五所示。 相片五：將天平蓋打開（左），並加以歸零（右） 5. 然後再將並聯式塑膠注射筒置於天平上秤量之，並記錄反應前之質量。 6. 反應前之質量秤完後，再從天平上取出並聯式塑膠注射筒，並緩慢地將其中一支注射筒中之溶液推擠至另一支塑膠注射筒中，當兩種溶液碰在一起時，便會即刻起化學反應，然後再將其置於天平上秤量之，並記錄反應後之質量。 7. […]
創意微型實驗—微型水果電池 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 本文作者在本期刊《臺灣化學教育》第十期中曾設計微型鋅銅電池，其電解液需用到一種化學藥品硫酸銅溶液，而在以水果製作成的微型水果電池中就不必用到任何化學藥品，其電解液並非硫酸銅溶液而是水果原本的內含物。由於微型鋅銅電池中之銅離子在正極會被還原成金屬銅，而鋅在負極會被氧化成鋅離子，然而在微型水果電池中並沒有如同一般鋅銅電池或微型鋅銅電池中有銅離子來被還原，而是由水果中之內含物酸性氫離子來被還原。因此以鋅片為負極與銅片為正極，在水果中正負極間所產生的電位差就不會跟一般的鋅銅電池產生1.10 V一樣，然以鋅片為負極與銅片為正極在各種水果正負極間所產生的電位差，也同樣可使電子鐘音樂盒、搖擺器、電子鐘運轉以及使聖誕音樂卡唱出聖誕歌及接在聖誕音樂卡上之LED燈發亮等等現象。在本文中將介紹以在作者在庭園中自種之水果為材料來製作微型水果電池及其應用，俾以提高學生學習電化學之意願與興趣。 n 微型水果電池之原理 一般水果中之內含物之液體都是含有豐富的維生素C（抗壞血酸）而呈現酸性，因此微型水果電池的原理乃是利用其果汁中之酸性物質內的氫離子在正極被還原成氫氣（氫之標準還原電位為0.00 V），而陽極（負極）的鋅易被氧化（鋅的標準氧化電位為0.74 V）。因此，以銅片為正極和鋅片為負極時，負極在水果中所產生之電位差即為0.74 V，其反應式如式[1]~[3]。 陰極（銅片，正極）反應：2H+(aq) + 2e– → H2(g) Ered = 0.00 V [1] 負極（鋅片，陽極）反應：Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e– Eox = +0.74 V [2] 電池總反應：Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g) Ecell = +0.74 V [3] n 材料與藥品 小番茄 2粒、百香果 2粒、檸檬 2粒、諾麗果 2粒、大塑膠蓋子 1 個、銅片（0.2 cm […]
創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 ／ 方金祥
Tuesday , 3, November 2015 微型化學實驗, 第10期／2015年11月 Comments Off on 創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 ／ 方金祥創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 化學是一門極具趣味性且理論與實驗並重之科學，因此在相關單元之中，除了理論介紹之外都配有相關的實作性實驗，盼由正確的實驗的結果來應證理論的真實性。在學校的化學實驗裡如何減少使用藥品，以減少廢液的產生進而突增廢液回收與處理的困擾與困難度，以減低對環境污染的衝擊，是當務之急。因此將傳統實驗裝置與實驗過程加以改良，使實驗裝置更為簡單，實驗步驟更為安全更為有趣，使化學實驗更符合環保理念可回收低汙染省資源的綠色化學實驗。在本文中將傳統式的鋅銅電池加以微型化而成為微型鋅銅電池，得以方便將兩個或多個鋅銅電池加以串聯起來，並在化學實驗中加以延伸與應用，以提高學生學習電化學之意願與興趣。 n 微型鋅銅電池之原理 以鋅片和銅片為電極，分別在插入藥品溶液中，電極與溶液之介面間會產生所謂的電極電位，而在當兩溶液間以鹽橋來溝通電路後，在這兩個電極間所產生之電位差即稱為電池電位（電壓），其反應式如式[1]~[3]所示。 正極（銅片，陰極）反應：Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s) Ered = + 0.36 V [1] 負極（鋅片，陽極）反應：Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e– Eox = + 0.74 V [2] 電池總反應：Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) Ecell = + 1.10 V [3] n 傳統鋅銅電池與微型鋅統電池之比較 傳統鋅銅電池與微型鋅銅電池在器材裝置及藥品之使用皆略有不同，其差異之比較如表一所列及相片一所示。 表一：傳統鋅銅電池與微型鋅銅電池之比較 相片一：傳統鋅銅電池裝置和微型鋅銅電池裝置（右） （左圖取材：自八十二年國編版高中基楚理化實驗手冊下冊） n 材料藥品與器材 一、 […]
創意微型實驗—微型化學噴霧槍在化學演示實驗上之應用 ／ 方金祥
Friday , 28, August 2015 微型化學實驗, 第9期 ／ 2015年9月 Comments Off on 創意微型實驗—微型化學噴霧槍在化學演示實驗上之應用 ／ 方金祥創意微型實驗—微型化學噴霧槍在化學演示實驗上之應用 方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 一兼二顧摸蛤兼洗褲，資源回收做環保兼組裝成化學實驗裝置—微型化學噴霧槍，此一實驗裝置極符合「低污染、可回收、省資源」的綠色環保理念。可利用此一裝置來演示化學實驗包括酸鹼中和、氧化還原之顏色變化以及化學能轉變成光能等，使化學教學更有創意、化學反應更為直接、更為生動、活潑、有趣。俾能引起學生對化學的好奇與學習興趣。茲將微型化學噴霧槍之設計與製作之詳細過程說明如下： n 材料與藥品 （一）材料 塑膠噴霧器（安立清潔劑噴霧器） 1組、塑膠瓶（蘋果西打630 mL） 1瓶、塑膠瓶（藥品瓶100 mL） 1瓶。（相片一） 相片一：塑膠噴霧器（左）、塑膠瓶（中）、藥品瓶（右） （二）藥品 稀鹽酸（0.1 M HCl） 100 mL、氫氧化鈉溶液（0.1 M NaOH） 100 mL、硫代硫酸鈉溶液（0.1 M Na2S2O3） 100 mL、過氧二硫酸鉀（0.1 M K2S2O8） 20 mL、碘酒溶液（市售） 100 mL、酸鹼指示劑（酚酞，Phenolphthalein）（相片二）。 相片二：酚酞指示劑 n 設計與製作 微型化學噴霧槍係由噴霧器、反應接收瓶及廢液收集瓶等三部分組成。其設計與製作分述如下： 一、噴霧器主體 1. 將回收自安立清潔劑噴霧器之標籤撕下，如相片三所示。 相片三：回收自安立清潔劑之噴霧器 2. 此一噴霧器之構造與一般塑膠噴霧器有所不同，由噴霧器主體（相片四左）與兩個藥品瓶（相片四右）組成。其中噴霧器主體下方有兩條導管分別插入可裝兩組藥瓶之兩個藥品瓶中，當壓縮噴霧器時兩組藥品可同時經由各自之導管上升至噴霧器之噴嘴，然後混合在一起而以霧狀噴出，如相片四所示。 相片四：噴霧器之兩條導管（左）與兩個藥品瓶（右） 3. 撕下蘋果西打塑膠瓶之標籤，如相片五所示。 相片五：取下標籤之蘋果西打塑膠瓶 4. 將塑膠蓋子取下並在蓋子之中央處挖一個孔洞，如相片六所示。 相片六：挖一個孔洞之塑膠蓋子 5. […]
創意微型實驗—微型氫能燃料電池 ／ 方金祥
Thursday , 27, August 2015 微型化學實驗, 第9期 ／ 2015年9月 Comments Off on 創意微型實驗—微型氫能燃料電池 ／ 方金祥創意微型實驗—微型氫能燃料電池方金祥 創意微型科學工作室chfang1273@yahoo.com.tw 本文作者先前曾設計兩套微型燃料電池（microscale fuel cell）第一代與第二代，第二代微型燃料電池發表於中國化學會之化學季刊，並榮獲當年度的化學論文獎（如附錄一所示），微型燃料電池係利用廢棄乾電池之碳棒經高溫加熱後急速冷卻以除掉碳棒上之雜質及成為多孔性碳棒作為電極，經加入適當的電解質溶液後進行電解（充電）產生氫氣與氧氣，然後在氫電極（陽極、負極）上之氫氣和氧電極（陰極、正極）上之氧氣化合成水並放出電能（放電）。燃料電池（又稱氫能燃料電池或氫氧燃料電池）是日後零汙染的能源應用在市售汽車上（如附錄二所示）。本文將介紹第三代的微型氫能燃料電池之設計與製作，以供電化學實驗教學之參考與應用，使其在電化學教學上更為生動活潑有趣，以提高學生學習電化學之興趣。 n 燃料電池之原理 燃料電池的原理是利用水電解後在負極（陽極，又稱氫電極）產生的氫氣與在正極（陰極，又稱氧電極）產生之氧氣化合成水時產生的電流可做電功，其反應後之唯一產物只有水而已，因此燃料電池可說是最乾淨且為零無污染的能源。 n 微型氫能燃料電池與一般燃料電池之比較 燃料電池係由電極、電解質、燃料以及氧化劑等所組成，微型氫能燃料電池與一般氫能燃料電池之燃料都是利用電解水產生的氫氣作為燃料，以電解水產生的氧氣作為氧化劑，其比較如表一所列。第一代、第二代及第三代微型燃料電池之比較如表二所列和相片一所示。 表一：微型氫能燃料電池與一般氫能燃料電池之比較 表二：三代微型氫能燃料電池之比較 *燃料：利用電解產生之氫氣H2。 **氧化劑：利用電解產生之氧氣O2。 相片一：第一代微型燃料電池 相片二：第二代微型燃料電池 相片三：第三代微型氫能燃料電池 n 材料與藥品 乾電池（9 V） 1粒、塑膠培養皿 1個、2B鉛筆筆芯（長4.2 cm，直徑0.2 cm） 2支、音樂盒（生日快樂歌） 1組、電子鐘 1個、透明塑膠滴管（3 mL） 2支、熱熔膠槍 1組、飽和硫酸鉀（K2SO4）溶液 5 mL。 n 微型氫能燃料電池之設計與組合 一、 鉛筆筆芯（電極）之處理 1. 將市售兩2支2B鉛筆筆芯（相片四左），用稀鹽酸溶液及清水清洗數次後備用。 2. 截取2支長4.2cm，直徑0.2 cm之鉛筆筆芯作為電極，如相片四（右）所示。 相片四：市售兩2B鉛筆筆芯（左），長4.2 cm直徑0.2 cm之鉛筆筆芯（右） 二、電解管與電解槽之設計組合 1. 取2支3 mL之透明塑膠小滴管，將其底部剪掉，使底部形成一個約3 mm直徑的小圓孔作為電解管，另在其上方挖一小孔以方便鉛筆筆芯插入，供作電極之用，如相片五所示。 […]
創意微型實驗—簡易環保電解裝置 ／ 方金祥
Monday , 29, June 2015 微型化學實驗, 第8期 ／ 2015年7月 Comments Off on 創意微型實驗—簡易環保電解裝置 ／ 方金祥創意微型實驗—簡易環保電解裝置 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 本文作者曾先後設計了三代的「簡易環保電解裝置」，這三代的電解裝置之比較如表一所列和相片一所示。第一代「簡易環保電解裝置」曾參加中華民國第四屆發明和創新展覽會榮獲發明類教師組第二名，並取得中華民國經濟部中央標準局新型專利，如附錄所示。第二代的「簡易環保電解裝置」曾以「學校化學科減量減廢實驗之設計」為企畫案主題之一，參加由台灣通運傳動機械股份有限公司所舉辦的一九九七年歐普環保獎（The 1997 Opel Environmental Award）企畫案競賽，本文作者以「學校化學科減量減廢實驗之設計」榮獲第一名，如附錄所示。本文將介紹第三代的「簡易環保電解裝置」之設計與製作過程。 表一：三代簡易環保電解裝置之比較 簡易環保 電解裝置 電解槽材料 電解管材料 電解管刻度 刻度正確性 第一代 回收兩個果凍塑膠杯 壓克力管 自訂刻度 體積讀數 接近正確 第二代 回收兩個果凍塑膠杯 塑膠注射筒（10 mL） 原有刻度 體積讀數 正確 第三代 回收兩個布丁塑膠杯 丟棄式滴管（10 mL） 原有刻度 體積讀數 最為正確 相片一：三代簡易環保電解裝置，第一代（左）、第二代（中）、第三代（右） n 原理和概念 在以鹼性的氫氧化鈉溶液為電解質，經通入直流電後，進行水的電解，其電解反應如式[1]~[3]所示。電解總反應之電位差為負值（–1.229 V），因此欲電解水時必需外加至少1.229 V，才能順利進行水在鹼性溶液中之電解。 陰極（負極）：4H2O(l) + 4e– → 2H2(g) + 4OH–(aq) E°red = – 0.828 […]