臺北市第三十八屆中小學科學展覽會.doc

臺北市第三十九屆中小學科學展覽會 作品說明書封面 科　　別：化學科 組　　別：高中組 作品名稱：自製濃度觀測工具及其在高中化學實驗的應用 關 鍵 詞：濃度觀測、化學反應速率、光敏電阻、 平衡常數測定、酸鹼滴定、氧化還原滴定 編 號： 目 錄 目錄-------------------------------------------------------------------p.1 摘要-------------------------------------------------------------------p.2 壹、研究動機-------------------------------------------------------p.3 貳、研究目的-------------------------------------------------------p.3 參、研究設備與器材----------------------------------------------p.4 肆、研究過程與方法----------------------------------------------p.4 實驗一 自製暗箱－燈源的選擇p.6 實驗二 自製暗箱－測量電阻、電壓或電流 p.7 實驗三 自製暗箱－比色管材質的差異與選用p.7 實驗四 自製暗箱－比色管內溶液高度的影響p.8 實驗五 自製暗箱－濃度與電流的關係p.8 實驗六 自製濃度觀測工具在化學反應速率實驗的應用p.8 實驗七 自製濃度觀測工具在酸鹼滴定實驗上的應用p.9 實驗八 自製濃度測量工具在氧化還原滴定實驗上的應用p.10 實驗九 自製濃度測量工具在平衡常數的測定實驗上的應用p.10 伍、研究結果-------------------------------------------------------p.12 實驗一 自製暗箱－燈源的選擇p.12 實驗二 自製暗箱－測量電阻、電壓或電流 p.13 實驗三 自製暗箱－比色管材質的差異與選用p.14 實驗四 自製暗箱－比色管內溶液高度的影響p.14 實驗五 自製暗箱－濃度與電流的關係p.15 實驗六 自製濃度觀測工具在化學反應速率實驗的應用p.16 實驗七 自製濃度觀測工具在酸鹼滴定實驗上的應用p.17 實驗八 自製濃度測量工具在氧化還原滴定實驗上的應用p.18 實驗九 自製濃度測量工具在平衡常數的測定實驗上的應用p.19 陸、討論-------------------------------------------------------------p.20 柒、結論-------------------------------------------------------------p.24 捌、參考資料及其他----------------------------------------------p.25 摘 要 在高中的化學實驗當中，有許多實驗設計是以肉眼觀察，常會因為個人辨識力的差別產生誤差。本實驗利用光敏電阻，連結數位電表與電源，自行製作了一個可以簡便觀察溶液濃度的裝置。首先製作一個暗箱，暗箱內裝置比色管架、燈源、光敏電阻，光敏電阻連結電源與三用電錶，探討影響濃度測定的變因。發現當使用鹵素燈，光敏電阻的讀數範圍較大也較穩定。測量電流是個簡便，迅速判斷受光量變化的方式，因此可以電流值來判定溶液濃度。此外，在固定光源強度的照射下，發現每一種離子的溶液濃度和電流強度有特定的關係，依此關係，可以應用在許多高中化學實驗上。 在高中實驗的應用方面，可以應用在(一)化學反應速率的實驗：使用硫代硫酸鈉與不同濃度的鹽酸反應，測量硫的沉澱量，依自製的濃度測量工具來做測量硫沉澱量所經過的時間，可以非常容易的判斷出反應速率與硫代硫酸鈉的濃度呈一級反應，並且和鹽酸濃度成零級反應；(二)酸鹼滴定的應用，使用氫氧化鈉滴定鹽酸，使用酚酞當指示劑，當溶液變色的時候，自製濃度觀測工具的電流會有明顯變化，以電腦紀錄反應過程，繪出電流時間關係圖會發現當達到滴定終點時，電流會迅速下降，依此方式可以讓機器自動滴定，不必擔心滴定過量的問題；(三)氧化還原滴定的應用，使用過錳酸鉀滴定草酸鈉，當達到滴定終點，過錳酸鉀的顏色不再褪去，如同前述的酸鹼滴定，可以發現自製濃度觀測工具的電流發生明顯變化，並依此判斷滴定終點，依此原理，未來還可以應用在設計自動滴定計；(四)平衡常數的測定實驗(Fe3+＋SCN-FeSCN2+)，傳統的課本實驗，是採用比色法來觀測濃度，用人的肉眼去判斷濃度，容易造成極大的人為誤差，以本自製濃度觀測工具來代替肉眼進行實驗，當溶液的透光度相等時，觀測到的