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鈷錯合物多段感溫變色棒的製作 / 廖旭茂、程慧文

Friday , 3, January 2020 Comments Off on 鈷錯合物多段感溫變色棒的製作 / 廖旭茂、程慧文

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.        […]

第八屆年亞洲化學教育國際研討會指導學生參加與擔任科學志工心得分享 ∕廖旭茂、程慧文

Thursday , 5, September 2019 Comments Off on 第八屆年亞洲化學教育國際研討會指導學生參加與擔任科學志工心得分享 ∕廖旭茂、程慧文

第八屆年亞洲化學教育國際研討會指導學生參加與擔任科學志工心得分享 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  前言 NICE結束了,回到學校,這群學生被學校安排在朝會時分享參與國際科學志工的心得,看著一張張流轉的照片,心情不自覺的翻騰起來……故事就從九個月前金城教授拜訪學校後,開始了這場驚奇之旅。指導高中學生在國際研討會的場合上擔任年輕化學大使,分享創新實驗,是一項全新的挑戰與經驗;從動心起念、提議、溝通、協調、布局、設計、籌畫、教育訓練、練兵、上場、到最後的感動,能帶領這一批學生參與整個亞洲化學教育研討會,歷程甚是漫長又精采;心境的跌宕起伏,更是筆墨難以形容的(下圖為NICE活動的開幕式合照)。 圖1:NICE研討會的開幕式合照 回顧臉書,我曾寫下了這些文字,當時的文字真實的傳遞了當時的直接感受! NICEAGAIN-完攻、完工!   NICE重頭戲結束了,回飯店漱洗完畢,一個人在街頭看到了虱目魚粥的招牌,立馬進去,點了一碗虱目魚肚粥,妄想在熙來攘往的城市裡找到故鄉的滋味⋯⋯   為什麼那麼忙,兩天裡個人工作坊與學生闖關活動所呈現的創意、細膩的實驗內容可以說明一切;美國、日本、韓國、中國、馬來西亞與菲律賓等參與者們驚訝、驚喜的讚嘆,對大家的「用心」做了最佳的佐證,記得出發前跟學生勉勵的:「今天沒有其他團,只有甲中團,此刻你所代表的是甲中(大甲高中),也是台灣。國外與會者會透過你們的表現來評論台灣的水準,要把最好的表現出來,贏得外人對我們的敬重……學生們聽進去了,也辦到了,沒有辜負我茂茂老師與信任我的周金城教授、邱美虹教授所搭建的舞台!茂茂感到無比的榮幸!   當然學科中心夥伴的支援與鼓舞給了很多力量,他們當中很多都是犧牲假期、自掏腰包、不遠千里迢迢前來相挺的,我誠摯的感謝她們綿延又澎湃的友情!謝謝甲中學校裡,好同事物力、人力的全力支持;謝謝家裡的老婆大人…只靠一個人想完工是真的沒辦法的!想把一件事情做好的意志,讓所有有形無形的資源到位,讓一切趨於圓滿!   最後美虹教授的叮嚀,有點重量的壓在肩上,不過創意難教,每個世代也都有格自的特色與優點,或許只要立下了好的榜樣,優雅身影會引領著下個世代踏出屬於自己的華麗舞步…..   下個完工亮點在哪?其實我也不知道,我只知道不是當下,當下茫茫,需要很多很多的休息………… n  上場之前….. 這次參與科學志工大都是在高二修過與東海大學合開的「探索化學」選修課的學生,這個班學生都有比較多的實作經驗;調查後有15個同學願意到台北參加活動,但活動期間適逢學校第一次升高三學測模擬考,這對學生而言有著蠻大的心理壓力,對帶隊老師而言更是一種意志試煉,加上食衣住行各方面上有太多不確定的因素,撐住壓力,聚焦解決各種問題成了首務。還好在金城教授的協助下,確認學生在活動期間可以住宿國北教大的優質宿舍,讓老師們先鬆了一大口氣。 接下來是決定演示分享的化學實驗闖關活動,實驗最重要的是場地,考慮擺攤的地點在活動中心的場地後,經不斷的沙盤推演最後確認四個實驗活動關卡以及一個官能基爬爬樂桌遊關,每個關卡有三位同學擔任關主;實驗的內容都是微型實驗,不需要使用大量用水所以適合在大禮堂進行,而且大多是我最近開發的實驗內容,是偏向微型化綠色化學的實驗設計內容,近幾年也在國際上風行,展示的過程贏得相當多的讚許,印證了「綠色」當道的氛圍。本活動為了吸引來賓來參與而設計了闖關卡,所有人只要過一個關即可蓋章,集滿五個章,即可獲得本校自行開發的桌遊組,下圖為闖關卡設計圖。 圖2:上圖為闖關卡正面,闖關章蓋在容器空白處(本圖由本校黃維靜老師設計)。 n  學生國際交流活動的初試啼聲 在7月29日來臨之前,學校接待了一個越南的交流團,來賓是胡志明市教育大學的師培生,為了讓志工學生們有實際交流的機會,雖然很倉促,不過還是很勇敢的接下這個案子,安排了一場科學闖關的體驗活動,並要求他們一定用英文與對方交流,畢竟月底的活動關係到的不只是個人榮譽,而學生對伸出觸角對外交流展現出異常的熱情,從歡迎會的起手式,到講解科學原理時的賣力演出,最後開心的合照,活動的安排據暨南大學教授轉述,頗獲稱許。會後學生深受鼓舞,各組相互討論的機會增加,該說的、沒說清楚的、有瑕疵的,都主動要跟老師約時間再練習,學生自我要求度明顯提升。下圖為體驗交流活動時的照片。 圖3:台越交流科學闖關活動組圖   n  關卡介紹 上次交流練兵之後,修改部分內容與流程,NICE的關卡內容分述如下: 一、微型離心管中合成奈米磁顆粒 第一關是奈米磁流體關,英名為“Synthesis of magnetic nanoparticles in microcentrifuge tubes”,主要任務是教導闖關者在離心管中合成奈米磁顆粒,合成的磁顆粒在磁鐵的吸引下,如果有明顯的突出峰就算成功;因為反應物的使用量僅滴數,產物四氧化三鐵磁顆粒的共沉澱實驗在離心管狹長的空間中進行,混合的均勻度與否,讓這樣的實驗存在一些不確定的因素,學生必須事先經過不斷的練習,並考慮各種可能的變因,難度不低。闖關的部分學生設計了「搶救喜羊羊」大作戰的趣味活動,在規定時間內利用磁鐵釣竿釣起本實驗的反應物或產物,即闖關成功,下圖是奈米磁關的實作過程照片。 圖4:圖左為奈米磁顆粒靠近磁鐵時產生的變化,圖右為設計的闖關遊戲 二、利用鈷氯錯合平衡製作感溫變色棒 第二關是感溫棒的製作,英名為“Making thermochromic tube via the cobalt chloride equilibrim”,主要的任務是利用氯化亞鈷與氯化鈣兩種溶液,調配出不同顏色的溶液,藉此探討濃度對平衡移動的影響;並利用配置的溶液,注入細玻璃管,製作感溫棒,完成的感溫棒可置入冰、熱水中,觀察顏色的變化,藉此探討溫度對平衡移動的影響。下圖是感溫棒關的實作過程圖。 […]

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