示範實驗

3D 化學實驗:模擬使用強酸和強鹼的危險情境

3D 化學實驗:模擬使用強酸和強鹼的危險情境 (Simulating Dangerous Situations using Strong Acids and Bases)
國立彰化師範大學化學系 林佑恩、顧展兆、楊水平

前言

在化學實驗室中,時常用到強酸和強鹼,卻潛藏著危險。本示範設計一部影片讓大家觀看,當強酸和強鹼接觸到皮膚時,會發生怎樣的變化。此實驗旨在提醒學生進入化學實驗室務必戴護目鏡、口罩和手套、以及穿實驗衣、長褲和密閉的鞋子,避免因不慎使用而導致化學灼傷。

一種評量學生對化學平衡觀念精熟度的方法

一種評量學生對化學平衡觀念精熟度的方法(A Method to Evaluate Students’ Mastery of the Chemical Equilibrium Concept)
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

學生在學習化學平衡時,經常對於一些重要的概念產生混淆,諸如化學反應的可逆性 (reversibility);反應平衡時是反應完成或是終結?平衡是靜態 (static) 或動態 (dynamic);平衡是否在振盪 (oscillating) 後完成…等,以致造成後續的學習困擾。有經驗的教師在教導這些章節時,均會利用各種方法,以強化這些概念,並釐清迷思,更輔以評量試題,以診斷學生是否確實能精熟這些內容。但使用一般選擇題的評量方式,很難看出學生選擇某個選項後面的真正理由,無法得知產生迷失的所在。Marco Ghirardi 等作者曾提出以畫出微觀圖像的評量方式(請參酌參考文獻 4)做為替代方式,具有立即性的診斷效果,茲將其法引用於高中教學並介紹如後,供大家參酌。

學生在化學平衡認知上的迷思概念(下)

學生在化學平衡認知上的迷思概念(下)(Student’s Misconceptions on the Concept of Chemical Equilibrium (II))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

連結:學生在化學平衡認知上的迷思概念(上)

為了使可逆及動態平衡的概念更加穩固,可藉下列演示實驗讓學生有更深刻的印象,如果學生此時尚未學習錯離子,(式— 2)可用藍色、粉紅色物質代表錯離子,無須寫出化學式。將水合氯化亞鈷晶體大約 3 克,置入燒杯中,加入異丙醇液體使晶體溶解,配成 25 mL 的溶液,其濃度約為 0.5 M,呈深藍色。配好的「非」水溶液的系統可由下式表示,在此水分子不是溶劑,而是反應物。

學生在化學平衡認知上的迷思概念(上)

學生在化學平衡認知上的迷思概念(上)(Student’s Misconceptions on the Concept of Chemical Equilibrium (I))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏

甫教高中生有關化學平衡的章節時,經常碰到幾個觀念學生容易混淆、無法了解,例如可逆性 (reversibility)、反應完成或終結有何差別、平衡是靜態 (static) 或動態 (dynamic)、平衡位置向左或向右移動的意涵…等,這些困擾有些源自於學生先備知識的認知架構,匡限了後學內容的認知了解,有些源自於教學用語的不良溝通,更有些出自没有適當的模型或演示,造成微觀現象的不了解,這些問題不僅在國內的教學現場處處可見,在國外的研究探討也屢見不鮮,詳見參考文獻。本文將以一些實例說明這些迷失概念產生的原因,並藉助一些演示實驗,加以釐清及說明。

化學驚奇秀(下)

化學驚奇秀(下)
國立彰化師範大學化學系楊水平副教授

本文原刊載在國立臺灣科學教育館《科學研習月刊》第51卷第4

請按此連結,參閱【化學驚奇秀(上)】

歐美各大學的化學驚奇秀

近幾年來,歐美各大學的化學驚奇秀甚為風行,有教授親自表演,也有學生上場表演,觀眾大多是兒童和青少年。在此僅舉例介紹美國舊金山東灣的加州州立大學(California State University, East Bay)、美國加州大學戴維斯分校(University of California, Davis)、美國科羅拉多州亞當斯州立學院(Adams State College)、美國紐約州克拉克森大學(Clarkson University)、加拿大卡爾頓大學(Carleton University)和英國中央蘭開夏大學(University of Central Lancashire)的化學驚奇秀。

美國舊金山東灣的加州州立大學兩年一度的灣區科學節(Bay Area Science festivals)可以追溯到1974年。此科學節有10天的慶祝活動,對於理學院的教師、職員和學生特別感到興奮,主題涵蓋科學、技術、工程和數學。此節慶約有50活動,包括示範、實驗、動手活動、展覽和講座等,鼓勵人人參與,青年人和老年人均歡迎參加,尤其是學齡兒童,大家來體驗科學的奧妙。影片四是該校學生在2007年科學節的化學驚奇秀表演。

影片四

美國加州大學戴維斯分校的化學俱樂部(Chemistry Club)在當地社區創建社區居民的科學體認(尤其是化學),提供教育性的科學示範給當地的學校、公園和校園。此活動的動機是揭露科學是有趣的和令人興奮的,激發學齡兒童對科學的興趣。此化學俱樂部也負責野餐日(Picnic Day)的活動,協調和執行最激動人心的和最具吸引人的化學魔術表演,影片五是2010年該校學生表演化學驚奇秀的三部影片之Part I,還有Part IIPart III影片。

影片五

亞當斯州立學院是美國科羅拉多州首要的且小的公立大專院校。在每年國家化學週(National Chemistry Week)的慶祝活動中,該校化學系學生為當地學校的孩子們和他們的家庭表演有趣的和娛樂的節目。該校於2010年10月舉行第20屆化學驚奇秀表演,這次活動是免費向公眾開放。在演出結束後,所有人都可以參與安全的和樂趣的動手做實驗的活動,此活動也是免費的。影片六是亞當斯州立學院2010年化學驚奇秀的60分鐘全程節目。

化學驚奇秀(上)

化學驚奇秀(上)
國立彰化師範大學化學系楊水平副教授

本文原刊載在國立台灣科學教育館《科學研習月刊》第51卷第3

化學驚奇秀(Wonders of chemistry show)係由演示化學示範(presenting chemical demonstrations)演變而來,強調寓教於樂,具有娛樂性和教育性的功能。化學驚奇秀有些以魔術手法展現,在歐美國家稱為化學魔術秀(chemistry magic show)。本文從現今國際化學示範大師的驚奇秀談起,接著簡介化學驚奇秀的兩百年歷史,最後介紹歐美各大學和臺灣各大學的化學驚奇秀。

化學示範大師的驚奇秀

現今,最著名的化學驚奇秀非「往事聖誕節歡樂(Once Upon a Christmas Cheery)」的活動莫屬了。自1970年以來,巴薩姆‧列肯‧沙哈西利(Bassam Zekin Shakhashiri)在他的實驗室每年12月的聖誕節前舉辦。沙哈西利教授的活動是承襲偉大的英國科學家邁克.法拉第(Michael Faraday)的聖誕節講座(Christmas Lecture)。除2011年因故取消之外,他總共舉辦41屆的「往事聖誕節歡樂」。影片一是沙哈西利和他的伙伴在2010年表演的「電池操作的化學反應」。此表演橋段附有教師指引,詳列使用的藥品和器材以及詳細的表演步驟給教師參考。

除了上述影片之外,沙哈西利教授在YouTube網站上還發佈兩部影片,其一為2008年的「從氧化亞氮和二硫化碳爆炸反應的化學發光」,其二為2010年的「折射率:消失的玻璃和消失凝膠」。自2001年起,沙哈西利教授收錄他的「往事聖誕節歡樂」表演在化學示範錄影中,每一年的表演節目有14-27個示範實驗單元。值得一提的是,他的學術出版書籍已被翻譯成多種語言,其中包括一系列叢書有五冊的化學示範:化學教師手冊Chemical Demonstrations: A Handbook for Teachers of Chemistry)(圖一),化學示範是很好的化學學習和教學的模式,大英百科全書推選他為“在美國課堂示範者的泰斗”。

圖一 化學示範:化學教師手冊 (圖片來源:Chemical Demonstrations Volumes 1-5, Educational Innovations.)

沙哈西利教授以科學面向的娛樂節目已經在威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin, Madison)、美國國家科學院(National Academy of Sciences)、在華盛頓的史密森國家航空和太空博物館(Smithsonian’s National Air and Space Museum)、美國國會大廳(Halls of the U.S. Congress)和波士頓科學博物館(Boston’s Museum of Science)等不同的地方表演,而且場場座無虛席,如圖二和圖三所示。他也在不太正式的場合,如博物館、會議展覽中心、購物中心和養老院中做化學的教學。他的一小時和兩個半小時的節目全年在公共廣播公司(Public Broadcasting Service, PBS)和其他有線電視台播放。沙哈西利教授有效地促進國小、國中、高中和大學等層級的科學教育之卓越領導為國際知名。

圖二 「往事聖誕節歡樂」的沙哈西利與兒童觀眾對話 (圖片來源:Bassam Zekin Shakhashiri)

沙哈西利是美國威斯康辛大學麥迪遜分校的化學教授,他也是2012年美國化學會(American Chemical Society, ACS)的當選主席,而且在主席繼任的期間,他是ACS的董事會的成員,服務從2011至2013年。在此之前,沙哈西利教授在ACS有豐富的經驗,曾經在國際活動委員會和教育委員會服務過。在1962年,他為ACS的成員,之後曾擔任過ACS化學教育分部和威斯康辛州地方分部的主任。

化學示範實驗:燒不破的紙鈔〔II〕

化學示範實驗:燒不破的紙鈔 (Non-Burning Paper Bills)〔II〕
國立彰化師範大學化學系學生蔡睿謙 / 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「燒不破的紙鈔﹝I﹞」

原理和概念

● 點燃乾的紙張會燃燒起來,而點燃被水浸濕的紙張則不會燃燒。紙張浸泡過95%酒精之後點火,酒精和紙張都會燃燒起來,但是當浸泡過特定比率的酒精與水的混 合溶液之後點火,酒精會燃燒起來,但是紙張不會燃燒起來。紙張不會燃燒起來,是因為酒精燃燒放出的熱提供(傳導)給水,然後水吸收此熱量變成水蒸氣,而沒 有足夠的熱能夠使紙燃燒起來。因此,沾濕高粱酒(如50度)的紙鈔,點燃後只有酒精燃燒而已,而紙鈔不會燃燒起來,如圖九所示。根據下面「延伸探討」的實 驗結果,47%酒精水溶液的紙面溫度在176℃。依此結果推測,54度的高粱酒燃燒的紙面溫度應該稍高於176℃而已,此溫度是低於紙張燃燒的溫度(約 230℃)。

圖九 示範燒不破的紙鈔

化學示範實驗:燒不破的紙鈔(Non-Burning Paper Bills)〔I〕

化學示範實驗:燒不破的紙鈔(Non-Burning Paper Bills)〔I〕
國立彰化師範大學化學系學生蔡睿謙 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

前言

紙張遇到火會燃燒起來,這是連小朋友都知道的事。你(妳)看過燒不破的紙鈔嗎?這次的化學示範,我們讓紙鈔與高粱酒邂逅,創造一個意想不到的驚喜,燒不破的紙鈔。現在讓我們一起來見證奇蹟吧!

示範步驟

一、 事先準備

1. 事先準備三張紙鈔(如100元、500元和1000元鈔票各一張)和一些日常生活用品(包括一個透明高腳杯(或玻璃杯)、一支打火機、一支塑膠攪拌棒、一瓶高粱酒,如圖一所示,然後裝入這些日常生活用品在一個置物箱中。

圖一 準備三張紙鈔和一些日常生活用品

化學實驗室實驗:不用氫氧化鈉,「銅銀金幣」變變變〔II〕

化學實驗室實驗:不用氫氧化鈉,「銅銀金幣」變變變 (Turning Pennies into Silver and Gold without using Sodium Hydroxide)〔II〕
國立臺中高級工業職業學校化工科陸冠輝老師 / 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」

教師手冊 (Teacher’s Guide)

教學提示

1. 壹元銅幣在空氣中會與氧氣、二氧化碳及水等物質反應而生成鹼式碳酸銅,CuCO3•Cu(OH)2,顏色為翠綠色,是銅在自然界中最常存在化合物形式。因此,我們常常會發現壹元銅幣的表面有些綠斑,在進行實驗前可以用稀醋酸或食用醋清洗之。

2. 銅幣與鋅粉及氯化鋅溶液的浸煮過程,要注意銅幣是否完全浸入溶液中,並適時以金屬鑷子翻轉銅幣,使銅幣均勻鍍上一層金屬鋅。

3. 清洗已鍍上一層金屬鋅的硬幣時,可藉由手指輕輕刷洗。不可用強力水注沖刷,也不可以太大力搓柔,以免已鍍上鋅金屬剝落。

化學實驗室實驗:不用氫氧化鈉,「銅銀金幣」變變變〔I〕

化學實驗室實驗:不用氫氧化鈉,「銅銀金幣」變變變(Turning Pennies into Silver and Gold without using Sodium Hydroxide)〔I〕
國立台中高級工業職業學校化工科陸冠輝老師 / 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(Student Handout)

實驗介紹

古代的方術之士有一種叫做「點石成金」的招術,此招術有如魔術師般地點銅成銀以及點銅成金,真是神奇極了。本實驗試圖利用鋅粉和氯化鋅水溶液,浸煮壹元銅幣,先變成「銀幣」,然後以電熱板加熱,變成「金幣」,如圖一所示。由於本實驗有別於傳統上使用氫氧化鈉溶液,因此煮沸過程不會產生刺鼻難聞的味道,不需要在抽風櫃內進行。

圖一 神奇的「銅銀金幣」變變變

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