可攜式微型電化學電池與電解實驗教具的製作 廖旭茂1, 2, *、林宸緯1、孫妤瑄1 1國立大甲高級中學 2教育部高中化學學科中心 *nacl880626@hotmail.com n  影片觀賞 本實驗影片由國立大甲高級中學提供。 影片網址：http://youtu.be/BP9wDPabkmM, YouTube. n  簡介 微型化學實驗隨著環保意識的抬頭，掀起了一股風潮，除實驗藥品減量、實驗廢棄減少排放外，可攜式的便利性更是教育工作者努力的目標。高中的電化學實驗課程中，無論電化學電池（electrochemical cell）或電解電池（electrolytic cell），通常會涉及重金屬鹽類的使用以及有毒廢液的排放（如基礎化學（二）化學電池的實驗中以及高三選修化學電解碘化鉀的演示實驗），加上實驗器材繁瑣，實驗準備工作往往造成老師不少的負擔。本實驗希望利用手邊容易取得，如濾紙、化妝棉、吸管以及同軸纜線等材料，製作可攜式的微型電化學教具，除達到減量、減廢並符合綠色化學原則外，更能減輕教師的負擔，落實永續教育的經營目標。 n  器材與藥品 一、器材 塑膠培養皿 1個（含蓋）、鱷魚夾的紅色與黑色導線各 1條、濾紙、1 mL塑膠滴管、珍珠奶茶大吸管、濕紙巾、金屬片（Zn, Mg, Cu, Ni）、砂紙1張、鋁箔紙（20 Ï 20 cm）、不銹鋼鐵絲、同軸纜線（約30 cm長）、三用電表、熱熔膠和熱熔膠槍 1組。 二、藥品 0.1 M硫酸鎂（MgSO4）、0.1 M硫酸鋅（ZnSO4）、0.1 M硫酸銅（CuSO4）、0.1 M硫酸鎳（NiSO4）、0.1 M硝酸鉀（KNO3）、0.1 M硫酸鈉（Na2SO4）、0.1 M碘化鉀（KI）、0.1 M的維他命C（vitamin C, ascorbic acid）、酚酞指示劑、小蘇打粉。 n  實驗步驟 一、  可攜式電化學電池裝置的組裝與測試 1.        取一張濾紙（或卸妝棉），剪成十字狀，置入一塑膠培養皿中、並將鎂、鎳、鋅、及銅四種金屬的硫酸鹽溶液3~5滴，滴加在濾紙的四個端點，接著將長約1 cm的四種金屬片，覆蓋於相關鹽類溶液上，略微緊貼濾紙。隨後將內裝KNO3(aq)的滴管，輕輕的點在兩金屬間的濾紙（或卸妝棉）上，當作鹽橋，完成微型電化學電池裝置。相關裝置示意圖如圖1所示。 圖1：在培養皿中，濾紙的四個角落放置四種不同金屬片 2.        利用三用電表的紅色和黑色測式棒，輕壓金屬片，量測兩兩金屬間的電位差。利用測量的電位差值，探討電子的流出方向以及判斷電極的正極和負極。相關測試圖如圖2所示。 […]

創意微型實驗—微型化學環保鞭炮 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 每逢節慶喜宴或廟會等都少不了會施放鞭炮，然施放完後就會留下一大堆的炮竹垃圾，由於大部分的人不敢施放鞭炮，為使學生們能體驗施放鞭炮所產生的具震撼的響聲，特設計一套能在實驗室甚至直接在教室就可施放的微型化學環保鞭炮。 n  原理 利用微型電解裝置將水電解所產生氫氣和氧氣一起通入裝有清潔劑水溶液（或肥皂水）之凹槽中，使其形成一個一個含有氫氣和氧氣體積比為2 : 1之泡沫堆積在凹槽中清潔劑水溶液的表面。電解鹼性溶液水的反應式，如式[1]~[3]所示。再用點燃之火柴去點燃含有氫氣與氧氣之混合氣之泡沫，便會發出超「ㄅ一尢、」的爆鳴聲，有如點燃鞭炮似的響聲，謂之「微型化學環保鞭炮」。氫氣與氧氣的反應式，如式[4]所示。 正極（陽極）：4OH–(aq) → 2H2O(l) + O2(g) + 4e–               Eo = -0.401 V    [1] 負極（陰極）：4 H2O(l) + 4e– → 2H2(g) + 4OH– (aq)            ER = -0.828 V    [2] ——————————————————————————————————– 全反應（電解）：2H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)                         E = -1.229 V     [3] 點燃爆炸：2H2(g) + O2(g) […]

創意微型實驗—微型木材乾餾 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 「木材乾餾」在化學教師之教學和學生的學習過程中是一項很重要且又非常有趣的化學實驗，進行木材乾餾最重要的目的是實驗結果能明確地在木材乾餾過程中得到所產生之氣體（可燃性與不可燃性）、固體（木炭）及液體（焦油）等三項乾餾產物。在現行國中教材中之木材乾餾實驗，其材料是用衛生竹筷（免洗筷），在進行乾餾實驗時，會產生一股刺激難聞的氣味而污染了實驗室的空氣，同時使用酒精燈來加熱，偶有遇到實驗疏忽時而弄倒酒精燈的情形，進而發生酒精燃燒或爆炸之危險性。 有鑑於傳統式的木材乾餾在實驗時仍有其缺點，本文為因應教師創新教學之需，來設計成低成本且安全的「微型木材乾餾裝置」，使木材乾餾實驗兼具安全、經濟、低污染且有趣的實驗，在實驗室及一般教室中皆可操作，教師的教學演示或學生親自操作將會更為方便、快速、安全與有趣，且能激發教師帶學生做實驗的意願與更能引起學生實做的興趣，因此對自然與生活科技領域教師之創新教學定會有莫大的助益與成效。 n  原理 木材乾餾的原理是將木材或竹材隔絕空氣加熱之，而使其分解的過程。簡單地說，就是在實驗室中利用鋁箔紙將木材或竹材如木筷、竹筷、木質牙籤或火柴棒等包裹起來隔絕空氣加熱時，會將木材或竹材中之成分加以分解。由於木材的成分是一種含有碳（C）、氫（H）、氧（O）等成分之植物纖維，在乾餾過程中會分解產生三種狀態的物質，一為氣態物質如水蒸氣（H2O）、二氧化碳（CO2）等不可燃性氣體以及氫氣（H2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）等可燃性氣體，二為液態物質之焦油，三為乾餾後之固態物質如黑色木炭。 木材乾餾的反應可以用下式來表示：    n  微型木材乾餾裝置之設計與製作 一、材料 瓦斯點火器（市售） 1個、鋁線（直徑2 mm, 長50 cm） 1條、鋁箔紙（5 cm x 5 cm） 1張、火柴 1盒，如照片一所示。    照片一：瓦斯點火器（左）、鋁線（中）、鋁箔紙（右） 二、設計與製作 1.       準備一支市售的瓦斯點火器。 2.       將一條鋁線的一端在瓦斯點火器上捲成5圈螺旋狀之鋁線圈，再將鋁線的另一端捲成較小的4圈的螺旋狀之鋁線圈，如相片二所示。 相片二：兩端捲成螺旋狀之鋁線圈 3.       將捲成較大的5圈螺旋狀之鋁線圈套入瓦斯點火器的前端上，並用膠帶固定之，如相片三所示。   相片三：鋁線圈的套入瓦斯點火器的前端 4.       將較小的4圈螺旋狀之鋁線圈拉至瓦斯點火器的出火口上方當作木材乾餾的支架，即組裝完成「微型木材乾餾裝置」，如相片四所示。 相片四：組裝完成之「微型木材乾餾裝置」 n  實驗操作及化學教學演示 1.        將2支使用過的火柴棒置放在一張5 cm x 5 cm鋁箔紙的上方，然後再將一支火柴棒交錯地置放在2支使用過的火柴棒的上方，並使火柴棒露出鋁箔紙約2 cm左右，如相片五所示。 相片五：火柴棒置放在一張5 cm x 5 cm鋁箔紙的上方 […]