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國中理化實驗設計學習模組
資料來源:科學研習月刊48-5

文/大學入學考試中心 蕭次融
壹、前言
許多國中生常覺得理化很深奧不容易懂,而有排斥學習理化的想 法。因此如何引起學生學習理化的動機,成為許多教師需要設法克服的 課題。許多從事科學教育的專家學者認為若能將理化實驗帶進教室,利 用日常生活周邊的簡易器材,讓學生能在教室內親自動手操作實驗,從 「做中學」,甚至在「玩中學」,如此比較容易引起學生的學習動機, 進而提高學習效果。 本文所設計的酸鹼實驗模組,其實施流程是先由教師演示活動一 的「酸與鹼以及其指示劑」以及附件的「神奇的五個杯子」等實驗,以 期由多樣的顏色變化引起學生的興趣,然後讓學生動手做實驗。如此學 生會更清楚地學習到酸與鹼的概念,因為百聞不如一見,而百見不如一 試。在學生有了酸與鹼的基本概念後,以「化學尋寶」(未知溶液的分 析)的方式,由同組的學生互相討論,自行設計實驗步驟,培養其創 意,進而解決問題。

貳、學習目標

一、學習酸鹼指示劑的呈色
二、學習酸與鹼中和的概念
三、瞭解混和指示劑的呈色
四、自我發展設計創意實驗


參、活動流程
圖一 活動流程
圖一 活動流程

肆、本模組的規劃特色

一、 取材生活化,設計趣味 化,讓學生做中學、玩中 學。
二、 時間4小時,各活動單元可 單獨施行,也可視教學時 間組合施行。

活動一 酸鹼指示劑
一.酸鹼指示劑的顏色
(226,3a,3b,3c,4e,4f)

目的
學習酸鹼指示劑在酸性溶液 與鹼性溶液中,所呈現的顏色。
器材
透明塑膠杯 2個
鹽酸(1M) 1瓶
點滴盤或調色盤(白色) 1張
氫氧化鈉(1M) 1瓶
面紙 1包
酚紅(0.04﹪) 1瓶
咖啡棒 4支
酚紅(0.04﹪) 1瓶
H2O(100 mL) 1瓶
甲基紅(0.04﹪) 1瓶
溴瑞香草酚藍(0.04﹪) 1瓶
註:
以上試劑均裝於5 mL的點滴瓶
實驗步驟
1.在點滴盤(或水彩畫用的調色 盤)上,每相隔約2公分的三 地方,各滴下1滴溴瑞香草 藍。
2. 在最左邊的溴瑞香草酚藍上,滴下1滴氫氧化鈉溶液後,用咖啡棒攪拌均勻,觀察並紀錄顏色的改變。(記錄如下表中的「藍色」)
3. 同樣操作,在最右邊的那一滴溴瑞香草酚藍上,滴下一滴鹽酸後,用咖啡棒攪拌均勻,觀察並紀錄顏色的變化。
4. 比較在點滴盤上,三個點的顏色。
5. 用面紙擦掉點滴盤上的溶液後,滴下蒸餾水數滴,用咖啡棒在原來的三個點上擦一擦點滴盤,然後用面紙擦乾點滴盤與咖啡棒。如此可以洗乾淨點滴盤與咖啡棒,供下一個實驗用。
6. 同上步驟,但改用其他指示劑,例如酚紅、酚紅、甲基紅,結果如何?
7. 將所有觀察到的顏色寫在下面的表格內。

整理
將上面實驗結果(顏色), 寫在下面的表格內。

表格

想一想
1.如何辨別一杯未知水溶液是酸性或鹼性? (226-3a、3b、4c)
2.紫色高麗菜(紫甘藍),在不同酸鹼度的溶液中,會顯現不同的顏色。
(226-3a、3b、3c) 想一想,若在紫色高麗菜中, 滴入食醋數滴會呈什麼顏色?

二`自製酸鹼指示劑(226-3b)
器材

紫甘藍(紫色高麗菜)、茶壺(如圖2過濾式的泡茶器)、茶杯、畫圖用紙。

步驟
1.紫甘藍(紫色高麗菜)數葉,用手撕成小片放入茶壺(最好使用如圖2的過濾式茶壺)後,倒入滾燙的熱水。
2.冷後過濾即得紫色的菜汁,可做為酸鹼指示劑。
3.取濾紙(濾咖啡用的)或畫圖用紙,剪成0.7×40 mm長條,浸泡於紫甘藍汁數分鐘後取出,於紙巾上,移入冰箱(註)涼乾(數天),即成酸鹼試紙。

註:

紫甘藍汁也是食品,溫度高容易長霉,而且變黃。若要保存紫甘藍汁,加一點食醋使其變成酸性的紅色,倒入瓶子加蓋後保存於冰箱。使用時,加點氨水或小蘇打,使其變成中性的紫色溶液。


圖二 用泡茶器萃取紫甘藍汁

圖二 用泡茶器萃取紫甘藍汁

三`紫甘藍彩虹(226-3a`3b`3c)
器材

食醋、氨水、小蘇打粉、小茶喝飲壺、透明茶杯(7個)、料用吸管(數支)

步驟
1.將上一實驗所得紫甘藍汁,適當地沖稀後平分於6個透明茶杯(每一杯約50 mL),並標號1-6。
2.在第1杯滴入食醋數滴(用點滴吸管或自製吸管,見註),則見溶液變為紅色。將第1杯的紅色溶液倒一點(約2 mL)於第2杯,搖搖 杯子,即見第2杯呈粉紅色 。
3.取一點點(約10 mg)的小蘇打粉,放入第5杯,搖一搖杯子,則見混濁的綠色溶液,靜置一會兒溶液變成澄清的綠色溶液,而杯底有未溶的小蘇打沉澱。將綠色的澄清溶液倒入另一個茶杯。
4.將第5杯的澄清綠色溶液倒一點(約1 mL)於第4杯,搖一搖杯子,均勻後得藍色溶液。
5.於第6杯滴入氨水約0.5 mL,初見溶液呈現綠色,但放置一會兒,溶液變成黃色。

以上操作即可得六杯不同顏色的溶液,依序為紅、粉紅、紫、藍、綠、黃,也就是說紫甘藍汁,依溶液的酸鹼度呈現不同的六個顏色。之外,想一想,飯店的大廚師炒出來的青菜綠油油的,有人說那是因為大廚師放了一點點小蘇打的緣故,信不信?不妨自已試一試。

註:自製滴管

取一支喝飲料用的吸管,用打火機火焰溫熱一下吸管的一端,見其軟化了就取出,在桌上用打火機的側面壓一下,即得一支一端封閉的吸管,可當做點滴吸管使用。

活動二 酸鹼中和
目的

學習酸鹼中和(226-3a、3b、3c、4a、4e、4g)

器材
同活動一

實驗步驟
1.在點滴盤上,滴下1滴氫氧鈉,在其上滴下1滴溴瑞香草酚藍指示劑,用咖啡棒攪拌均勻,觀察顏色的改變。
2.在步驟1的溶液上,滴入1滴鹽酸後,用咖啡棒攪拌均勻,觀察顏色是否改變?再滴入1滴鹽酸,結果如何?
3.在步驟2的溶液中,再滴入1滴氫氧化鈉後,用咖啡棒攪拌均勻,觀察顏色是否改變?再滴入1滴氫氧化鈉,結果如何?
4.重複步驟2與3,所看到的現象如何?
5.重複步驟1-4,但改用其他的酸鹼指示劑,結果如何?

補充說明
1.酸的特性是溶液中的氫離子H+,而其濃度可用符號〔H+〕表示。
2.鹼的特性是溶液中的氫氧離子OH-,其濃度可用符號〔 OH-〕表示。
3.一種水溶液是酸性或鹼性,要看其 H+與 H- 的濃度:
酸性:〔 H+ 〕>〔OH- 〕
中性: 〔H+ 〕=〔 OH-〕
鹼性: 〔H+ 〕<〔 OH- 〕
4.溶液中的H+與加入的OH- 反應,稱為中和。
H+(aa)+OH-(aa)→H1O(2)

5.溶液酸鹼度可用pH值來表示。pH值愈小,酸性愈 大;pH值愈大,鹼性愈大。pH值可以0-15,但一般都在
1-14。pH值等於7表中性,小於7是酸性,大於7是鹼性。
6.酸或鹼的「量」,分別可用其《濃度N》與《體積V》的乘積來表示,因此中和時:NaVa=NbVb
式中
Na= 酸的濃度
Va= 酸的體積
Nb= 鹼的濃度

Vb= 鹼的體積
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