化學教育

化學實驗、示範實驗、情境試題、實驗試題、形成性評量、總結性評量、化學發展史、化學家傳記

化學教室活動：利用粉筆進行電解實驗（Electrolysis using Chalk）〔III〕

2011/07/25
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化學教室活動：利用粉筆進行電解實驗（Electrolysis using Chalk）〔III〕
國立彰化女子高級中學化學科陳琬菁老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結，參閱「學生手冊之二」

教師手冊（Teacher’s Guide）

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約15分鐘，學生粉筆鑽孔：約5分鐘，學生實驗操作和實驗紀錄約65分鐘。討論與分享：約15分鐘。

● 本實驗所用的粉筆為傳統的粉筆，其成分為硫酸鈣，這是因為此種粉筆的孔隙較大，容易吸附電解液，而且也容易鑽孔洞。粉筆鑽孔洞亦可用鑽孔器和尖銳的筆尖等，但不可施力過大而造成粉筆鑽孔的破裂。

● 以鉛筆的筆芯當作電極，電解硫酸銅溶液的反應十分緩慢。以銅線當作電極，反應較快，推測可能以銅為電極，陽極失去電子產生Cu2+，因此溶液中有較多Cu2+，以利於陰極得電子析出金屬銅。電解硫酸銅溶液不宜電解太久，易產生黑色氧化銅。

● 以鉛筆的筆芯當作電極，此筆芯可選用2B扁型筆芯，折取所需長度，十分方便且省時。

● 本實驗使用粉筆當作電解裝置取代傳統的U型電解裝置，有以下的優點：(1)粉筆極易取得又方便操作，整組裝置輕巧，可節省許多空間。(2)在藥品需求方面，粉筆體積小，只需少量的浸泡溶液，同時浸泡數支粉筆，可節省許多藥品，以及降低CuSO4溶液等廢液回收的問題。(3)以電解碘化鉀溶液為例，負極可明顯觀察到粉筆呈現粉紅色；正極可清楚看到紫黑色的固體，以澱粉液檢驗，確認其為碘。電解後剖半粉筆，可觀察到於負極呈現的粉紅色（OH－）及正極呈現的棕色（I3－）。

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化學教室活動：利用粉筆進行電解實驗（Electrolysis using Chalk）〔II〕

2011/07/25
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化學教室活動：利用粉筆進行電解實驗（Electrolysis using Chalk）〔II〕
國立彰化女子高級中學化學科陳琬菁老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結，參閱「學生講義之一」

學生講義之二（Student Handout II）

實驗步驟

C. 電解硫酸鈉水溶液

1. 先使用一支美工刀切斷一根白色粉筆成等長的粉筆，再使用一支合適大小的一字形螺絲起子在粉筆的兩端鑽孔，深度約0.5。然後在兩端約0.5 cm處各鑽一個氣孔，深度約0.3 cm。

2. 在一杯約20 mL的飽和硫酸鈉水溶液中，加入約1 mL廣用指示劑。浸泡已鑽孔的粉筆在此水溶液中，待整支粉筆潤濕後取出，如圖八所示。註：兩組共用，一組一支即可。

圖八 浸泡粉筆在硫酸鈉水溶液和廣用指示劑中

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化學教室活動：利用粉筆進行電解實驗（Electrolysis using Chalk）〔I〕

2011/07/25
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化學教室活動：利用粉筆進行電解實驗（Electrolysis using Chalk）〔I〕
國立彰化女子高級中學化學科陳琬菁老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義之一（Student Handout I）

實驗介紹

粉筆在日常生活中可輕易獲得，看似平凡無奇的粉筆，其實可以巧妙地應用在化學實驗上。本實驗以粉筆當作電解裝置，以電池代替電源供應器，進行簡易的電解實驗，如圖一所示。此電解實驗除了可觀察到預測的結果之外，最大的優點是節省藥品及攜帶方便。

圖一 以粉筆（中下方）當作電解裝置

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化學示範實驗：用固態燃料錠演示焰色試驗（Flame Test using Solid Fuel Tablets）〔II〕

2011/07/18
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化學示範實驗：用固態燃料錠演示焰色試驗（Flame Test using Solid Fuel Tablets）〔II〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結，參閱「用固態燃料錠演示焰色試驗〔I〕」

原理和概念

● 焰色試驗（Flame test）係利用不同的元素受熱產生不同波長的放射光譜（emission spectra），化學上用於檢測某些金屬離子存在的方法。測試樣品以不發光的火焰對元素或化合物加 熱，並觀察顏色的效果。通常，樣品固定在用鹽清洗多次的鉑絲上，有時也用鎳鉻合金絲。有人建議使用棉花棒（cotton swab）或三聚氰胺泡棉（melamine foam）（可用橡皮擦取代泡棉）作為支撐物。本示範實驗有別於上述方法，採用固態燃料錠作為支撐物和加熱源。鈉是在許多化合物中常見的成分或污染物，其 焰色試驗往往支配其他元素，通常用鈷藍色玻璃過濾掉黃色的鈉焰色，而更容易觀看到其他金屬離子。

● 一些常見的金屬及其相應的焰色試驗的顏色，如表一所示：

表一  常見的金屬的焰色試驗顏色
資料來源：Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Flame_test

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用固態燃料錠演示焰色試驗（Flame Test using Solid Fuel Tablets）〔I〕

2011/07/18
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用固態燃料錠演示焰色試驗（Flame Test using Solid Fuel Tablets）〔I〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

金屬或金屬鹽類在火焰下加熱，所產生的氣態原子受到激發，會發出特定的可見光。焰色試驗法即是利用發光的顏色，來鑑定特定金屬存在的方法。一般化學實驗室常用的方法可分為白金絲焰色試驗法、甲醇（或乙醇）噴霧試驗法，此處介紹另一種方法－固態燃料試驗法。固態燃料錠原本原本當作露營野炊的加熱源，火力強，容易點燃，焰色明顯鮮豔，而且加熱後不變形，操作容易。經測試，固態燃料錠為很好的焰色試驗加熱源。

示範實驗影片

請按此連結：用固態燃料錠演示焰色試驗（Flame Test using Solid Fuel Tablets），YouTube。

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化學示範實驗：竹筒炮的製作（How to Make a Bamboo Cannon）〔II〕

2011/07/18
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化學示範實驗：竹筒炮的製作（How to Make a Bamboo Cannon）〔II〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

請按此連結，參閱「竹筒炮的製作〔I〕」

原理和概念

● 碳化鈣（俗稱電石，Calcium carbide，CaC2），與水（H2O）反應產生乙炔氣體（acetylene, ethyne），其反應相當快速，過程中還放出大量的熱，如反應式[1]所示：

CaC2(s) + H2O(l) → C2H2(g) + Ca(OH)2(aq) + heat    [1]

● 乙炔為高爆炸性的氣體，與適量的空氣（適量的氧氣）混合，極易產生爆炸，產物之一為二氧化碳氣體，如反應式[2]所示。乙炔與不充足的氧氣混合，導致不完全燃燒，產物為一氧化碳氣體或黑色碳粒，如反應式[3]或[4]所示。

2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(g)    [2]

2C2H2(g) + O2(g) → 4C(s) + 2H2O(g)    [3]

2C2H2(g) + 3O2(g) → 4CO(g) + 2H2O(g)    [4]

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化學示範實驗：竹筒炮的製作（How to Make a Bamboo Cannon）〔I〕

2011/07/18
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化學示範實驗：竹筒炮的製作（How to Make a Bamboo Cannon）〔I〕
國立大甲高級中學化學科廖旭茂老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

為了慶祝2011國際化學年，大甲高中舉辦親手fun化學活動，在開幕典禮上使用竹筒炮當作禮炮。竹筒炮可產生巨響，增添典禮的歡樂氣氛。竹筒炮最原始的 用途，相傳是阿美族祖先們作為嚇阻山豬和鳥類，阻止牠們盜取農作物的器具。又有一古老傳說，約在清朝時代，清廷為征服原住民，出兵攻打台東縣的電光部落， 面對強敵，部落青年用刺竹筒發明竹筒炮，竹筒炮可產生巨響，虛張聲勢，但不具殺傷力，清兵因而被嚇退。

示範實驗影片

請按此連結：竹筒炮的製作（How to Make a Bamboo Cannon），YouTube。

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化學實驗室實驗：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔III〕

2011/07/18
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化學實驗室實驗：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔III〕
台中市立大里高級中學化學科謝孟樺老師/國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔II〕

教師手冊（Teacher’s Guide）

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約10分鐘，學生實驗操作：約60分鐘，實驗觀察記錄：約10分鐘。家庭作業（學生回答問題）：約15分鐘。

● 本實驗可結合高中「敘述性化學」課程，介紹氫氟酸的製備及反應，延伸至氫鹵酸性質的比較，以及生活中各種含矽的物質、半導體等內容。

● 由於氫氟酸溶液在實驗操作上有一定程度的危險性，因此本實驗以較安全的氟化氫銨固體代替氫氟酸溶液。由學生親自配製玻璃蝕刻膏，增加實驗的參與度，感受自己完成作品的成就感。

● 自行準備玻璃器材時，提醒學生要確定是玻璃材質，市面上許多透明飲料瓶實際上為壓克力材質（可以重量判斷之）。

● 利用吹風機加熱玻璃的表面，會加速玻璃蝕刻膏對玻璃的蝕刻，此操作涉及化學動力學，溫度愈高反應速率愈快。

● 玻璃蝕刻膏稠度需足夠，否則靜置時溶液滴落，會造成圖樣不可逆的損壞。配製的玻璃蝕刻膏為白色膏狀物，容易控制用量與配製濃度，而且不透明，若有滴落可立即處理，相對之下較為安全。

● 在玻璃蝕刻後，用自來水清洗用，再用吹風機吹乾，才容易看出蝕刻的結果，檢視成品是否有瑕疵。

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化學實驗室實驗：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔II〕

2011/07/18
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化學實驗室實驗：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔II〕
台中市立大里高級中學化學科謝孟樺老師/國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔I〕

學生講義之二（Student Handout II）

實驗步驟

A.圖案設計

1. 取一個欲蝕刻的玻璃容器或玻璃片（如鏡子），先以清潔劑洗淨玻璃的表面，風乾備用。

2. 在塑膠貼紙上設計圖案，用小刀割下，然後黏貼圖案於玻璃的表面上，如圖二所示。

圖二 在玻璃的表面貼上塑膠貼紙圖樣

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化學實驗室實驗：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔I〕

2011/07/18
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化學實驗室實驗：玻璃蝕刻與美感的結合（Glass Etching with Beauty）〔I〕
台中市立大里高級中學化學科謝孟樺老師/國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

學生講義之一（Student Handout I）

實驗介紹

本實驗的目的是利用較安全的氟化氫銨（ammonium bifluoride），學生自行配製玻璃蝕刻膏（glass etching cream），設計有美感的圖案（pattern），在玻璃表面上進行蝕刻（etching），然後發揮巧思以顏料妝點，創作自己獨特風格的藝術化作品！如圖一所示。學生還可以帶回自己的作品，加以裝飾美化，在家中擺設增加生活美學，這真是展現了化學實驗與美感的結合。

圖一 學生的玻璃蝕刻作品

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