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）        […]

微型實驗－磁性黏土 陳家琦 國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班 s109612028@stu.ntue.edu.tw 壹、前言: 　　本實驗是由＂鼻涕蟲＂實驗加以調整改良，添加磁性，使之能更加廣泛應用於自然科教學。並期望透過磁性黏土的運用，讓學生學習磁力單元時能有不同的體驗與學習經驗。本文首先介紹磁性黏土之原理，主要有如何配製硼砂飽和水溶液及磁鐵吸引鐵製品兩個概念相關，第二部分以照片步驟說明製作方式，並附註實驗過程中的注意事項，第三部分則提出將磁性黏土運用於教學上的活動構想。 貳、原理: 　　第一階段黏土的形成主要是運用硼砂水溶液加白膠。硼砂溶於水後解離成硼酸根離子，遇上聚醋酸乙烯酯（白膠）便會和長鏈狀的聚醋酸乙烯酯形成氫鍵，兩條聚醋酸乙烯酯透過和硼酸根離子形成的氫鍵產生交聯作用，此作用讓原本柔軟具黏性的白膠內部分子間的吸引力變強，而使白膠膠體無法自由流動，成為具有可塑性的黏土。 　　第二階段透過添加四氧化三鐵使黏土成為磁性黏土。四氧化三鐵是鐵的一種氧化物，化學式為Fe₃O₄，具有不溶於水、可溶於酸的性質，在自然界中常以磁鐵礦的形態出現。四氧化三鐵中含有Fe2+和Fe3+，使四氧化三鐵具有高的電導率，四氧化三鐵在磁場中，呈現相鄰磁性粒子指向相反方向排列，稱為亞鐵磁性，能夠被磁鐵所吸引，本實驗即是運用四氧化三鐵的亞鐵磁性，讓磁性黏土能夠被強力磁鐵吸引，展現不同的磁力樣貌。 參、磁力黏土設計與製作   一、實驗藥品與器材 (一)實驗藥品：硼砂、四氧化三鐵、白膠。 (二)實驗器材：燒杯、量杯兩三個（一個裝硼砂，一個裝水，一個裝四氧化三鐵粉末）、量匙三個（掏取白膠、硼砂、四氧化三鐵用）、滴管、攪拌棒、電子秤。   二、實驗步驟： (一)      調配硼砂飽和水溶液。 (二)      將白膠與四氧化三鐵粉末約以5：1的比例混合。 (三)      將硼砂飽和水溶液徐徐加入白膠與四氧化三鐵中，同時快速攪拌，讓硼砂飽和水溶液能和四氧化三鐵白膠順利混合。 (四)      將三種材料混合完成後，取出磁性黏土，輕拉測試黏土堅韌度，如果太黏則再加入一些硼砂水溶液，如果太硬則再加入一些水，讓磁性黏土呈現易造型卻不黏手的狀態即完成。 (五)      成品製作完成。建議放置於塑膠容器內，因磁性黏土仍具有一些黏著性，如果放置於紙張上會造成紙張沾黏，不易清除。   圖1:實驗器材一覽   圖2-1：磁性黏土製作過程–硼砂秤重與配製飽和硼砂溶液   圖2-2：磁性黏土製作過程–四氧化三鐵與白膠秤重   圖2-3：磁性黏土製作過程–混合攪拌確認黏稠度     圖2-4：磁性黏土製作過程–磁性黏土成品   圖3:磁性黏土完成圖 肆、實驗操作及教學演示 一、本實驗中所使用之化學粉末，因調配量較少，部分電子秤難以精算，如要製作小型的磁性黏土，建議使用能測量1公克以下之小秤重範圍之電子秤，較能準確調整材料比例。 二、實驗調配中，因使用到四氧化三鐵粉末，如不慎吸入易對學生健康產生不良影響，因此建議讓學生配戴口罩或由教師示範操作。 圖4: 四氧化三鐵粉末 三、在實驗過程中，第一步驟可引導學生觀察硼砂經過攪拌溶解在水中的現象，並在逐漸加入硼砂粉末後出現沉澱，以導出飽和溶液的概念。因硼砂具有毒性，請提醒學生實驗後務必將雙手洗淨，實驗過程中手部避免碰觸臉，以確保實驗安全。 圖5:硼砂飽和水溶液 四、實驗第二步驟中所使用的四氧化三鐵粉末可使製作出來的黏土具有磁性，添加時注意如果過量會使黏土形成凝固的小顆粒，而無法製作出高品質的磁性黏土。 五、實驗第三步驟透過攪拌讓學生觀察硼砂水與四氧化三鐵白膠混合所產生的改變，硼砂溶於水後解離，會與白膠反應讓白膠的性質改變，此一步驟可讓學生觀察到不同化學物質混合會產生性質上的改變，讓學生能認識物理變化與化學變化的不同。 六、製作完畢後，可以使用強力磁鐵來吸引磁性黏土，磁性黏土會被吸引而像蝸牛伸出觸角般靠近強力磁鐵，學生可實際操作來體驗磁鐵吸引鐵製品的能力，除此之外也可以將紙板或墊板隔在磁性黏土與強力磁鐵間，讓學生觀察磁鐵的超距力現象。 圖6:磁性黏土受強力磁鐵吸引 七、第二個操作方式是將小的強力磁鐵放在磁性黏土上方，磁性黏土會受到吸引而慢慢包覆住強力磁鐵，看起來就像強力磁鐵被吞噬一般，此操作同樣是利用磁鐵吸引鐵製品的特性。 圖7:磁性黏土逐漸包覆強力磁鐵 八、教學演示完畢後，可將磁性磁鐵放入密封的罐子或袋子中保存，並加入少許水分，以避免磁性黏土中的水分散失，可以稍微保存較長時間。 圖8:磁性黏土建議保存於密封袋中 九、製作過程中所剩餘的硼砂應以大量清水稀釋後再倒入水槽倒，四氧化三鐵則建議由教師統一收集後以化學廢棄物處理。 […]

國內外化學教育交流（第二十七期） 林靜雯 國立臺北教育大學自然科學教育學系 jwlin@mail.ntue.edu.tw   n  九月內容摘要搶先看 一、2018東亞科學教育國際研討會與第34屆中華民國科學教育年會（續） 二、第八屆亞洲化學教育研討會 三、2019年門得列夫150週年：第四屆週期表國際研討會 n  詳細介紹 一、2018東亞科學教育國際研討會與第34屆中華民國科學教育年會（續） 2018 International Conference of East-Asian Association for Science Education& 2018 34 th International Conference of Association of Science Education in Taiwan 地點：國立東華大學(National Dong Hwa University, Hualien, Taiwan)    日期：2018年11月29日至2018年12月2日 相關網址：http://ease2018.ndhu.edu.tw/   2018東亞科學教育國際研討會（EASE）與第34屆中華民國科學教育年會（ASET）同時由國立東華大學教育暨潛能開發學系承辦，即將於2018年11月29日(周四)至12月2日(周日)舉行。本次研討會的徵稿已截止，正開放報名中，相關重要日程如下： EASE： l   早鳥報名截止日期：2018年9月1日 l   最佳論文獎投稿：2018年9月1日至10月1日 ASET： l   早鳥報名截止日期：2018年10月31 l   通知論文接受/拒絕日期：2018年10月15日 兩研討會都有精彩工作坊，EASE的工作坊已經公告訊息(http://ease2018.ndhu.edu.tw/modules/tadnews/page.php?nsn=22)，歡迎踴躍報名參加！ […]