喝水鳥的能量轉換與流動 - 修訂歷史

林子君於 2019年12月16日 (一) 18:58

2019-12-16T18:58:14Z

林子君於 2019年12月10日 (二) 11:42

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喝水鳥…"
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'''原始設計者:彰師大'''


<table style='border:none'>
<tr>
<td style="vertical-align:text-top;">
喝水鳥不斷地喝水的動作，和分子間的吸引力、分子的蒸氣壓、能量的流動有關。

<div style="border-style: double; width:20%">

:'''實驗材料：'''

#氯化鈣
#海藻酸鈉
#氯化鈉
#食用色素
#藥匙
#製冰盒
#湯匙
#盆子
#透明塑膠杯
#量筒
#滴管

</div>

</td>
<td rowspan="2">

<videoflash>0n5Sw2SbaDE</videoflash>

</td>
</tr>
<tr>
<td>
</td>
</tr>
</table>
<hr>

==1.現象說明 ==

半透膜(semipermeable membrane)是可以讓特定分子或離子以擴散方式通過的薄膜，生物體中有許多半透膜，例如血球。血液約占人體體重的十三分之一，血液中百分之四十五是血球，其中紅血球占了百分之九十九，在紅血球的外層有一層具有高度選擇性的半透膜，水很容易就可以通過這種半透膜，如果將紅血球放入水中，水就會通過半透膜進入紅血球，最終紅血球將無法負荷而脹破；相反地，如果將紅血球放入飽和食鹽水中，水就會通過半透膜而滲透到外面的食鹽水，最終紅血球就會因缺水而萎縮。
 
==2.探究問題 ==

利用簡單藥品製成半透膜，探討半透膜的構造及現象。
 
==3.實作項目 ==

3.1 製作粉圓步驟 :
:3.1.1 將2克的海藻酸鈉(sodium alginate)溶於100 ml的水中，用筷子攪拌至透明澄清。
:3.1.2 將上述海藻酸鈉溶液分成五等份，分別滴入不同食用色素，放置在透明塑膠杯中備用。:
:3.1.3 將1克的氯化鈣溶於100 ml的水中，放置於另一塑膠杯中備用。
:3.1.4 用滴管取海藻酸鈉溶液，一滴一滴地滴入氯化鈣溶液中，即可看見滴入氯化鈣中的海藻酸鈉溶液變成一顆顆的七彩粉圓(如下圖)。
:3.1.5 將海藻酸鈉溶液，連續緩慢地倒入氯化鈣溶液中，產生長條型的七彩粉圓。
:3.1.6 利用滴管，以不同的速率及大小製造不同形狀的七彩粉圓。
::<img style="width:350px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C_%E7%92%B0%E4%BF%9D%E6%B0%B4%E7%90%83-Ooho_1.png'/>

3.2 製作Ooho步驟:
:3.2.1 製作球型飲用水冰塊。
:3.2.2 將1g氯化鈣溶於100ml水中。
:3.2.3 冰箱取出冰球並置於純水中，注入少量氯化鈣水溶液於製冰盒並將冰球放入(氯化鈣水溶液須完全包覆冰球)，放入冰箱冷凍。
:3.2.4 將20g海藻酸鈉溶於1000ml熱水中，攪拌至澄清無顆粒。
:3.2.5 待海藻酸鈉溶液冷卻後，取出冰球浸泡於海藻酸鈉溶液中，並用湯匙不斷澆淋。
:3.2.6 當冰球開始形成薄膜，且內部冰塊約融化三分之二時撈出，並置於純水中待其完全融化(如下圖)。
::<img style="width:350px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C_%E7%92%B0%E4%BF%9D%E6%B0%B4%E7%90%83-Ooho_2.png'/>

3.3 滲透壓測試-放入不同濃度之鹽水
:3.3.1 製作球型冰塊並加入食用色素。
:3.3.2 重複步驟3.2.2至3.2.6
:3.3.3 分別配置1M、2M、3M、4M、5M之氯化鈉水溶液300 ml。
:3.3.4 將Ooho分別放入步驟3.3.3五種不同濃度之氯化鈉水溶液中。
:3.3.5 觀察溶液的變化(見影片:連結)。
::1M: https://youtu.be/3qKKkozRx9c
::2M: https://youtu.be/eOOQ8Q-ENQw
::3M: https://youtu.be/9CW6cji5I-s
::4M: https://youtu.be/P8RByPGVd-0
::5M: https://youtu.be/AO8zNuprFLg

3.4 觀察氯化鈣換用氯化鈉後膜之外觀變化
:3.4.1 重複步驟3.1，將氯化鈣換成氯化鈉(如下圖)。
::<img style="width:350px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C_%E7%92%B0%E4%BF%9D%E6%B0%B4%E7%90%83-Ooho_3.png'/><img style="width:366px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C_%E7%92%B0%E4%BF%9D%E6%B0%B4%E7%90%83-Ooho_4.png'/>

 

==4.分析與結論 ==
4.1 為什麼滴入氯化鈣溶液中的海藻酸鈉液滴會形成七彩粉圓？
4.2 寫出海藻酸鈉加入氯化鈣之化學反應式。
4.3 七彩粉圓形成後，氯化鈣溶液會漸漸呈現紅色，試說明可能的原因。
4.4 寫出海藻酸鈉、CaCl2 溶解在水中的化學式。
4.5 寫出相同濃度及體積的NaCl和CaCl2 溶解在水中，何者解離的總離子電荷數較多?
4.6 日常生活中，還有哪些鹽類可進行上述實驗?

 

==5.教學目標與評量 ==

5.1 能實際配置，操作，獲得初步結論。
5.2 能從實驗中看見擴散作用的進行。
5.3 學習簡易半透模的製作。
5.4 計算化學反應與平衡。

 

==6.參考資料 ==

6.1 參考文獻
:[1] 關於海藻酸: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B5%B7%E8%97%BB%E9%85%B8
:[2] 關於半透膜: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C
:[3] 關於滲透壓: http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=4474
:[4] SPYang 高瞻: http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=14818
:[5]關於交聯作用: https://www.shs.edu.tw/works/essay/2015/03/2015032816334126.pdf

6.2 進階知識
:6.2.1 海藻酸鈉(alginic acid)的分子結構如下:
::<img style="width:350px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a3/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C_%E7%92%B0%E4%BF%9D%E6%B0%B4%E7%90%83-Ooho_5.png'/>
:6.2.2 海藻酸鈉(alginic acid)的聚合物分子結構如下:
::<img style="width:600px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/52/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C_%E7%92%B0%E4%BF%9D%E6%B0%B4%E7%90%83-Ooho_6.png'/>
:*6.2.3 交聯作用
::將海藻酸鈉滴入氯化鈣液時，液滴表面形成如下圖結構。氯化鈣中的鈣離子(Ca2+)取代海藻酸鈉中的鈉離子(Na+)進行交聯作用，在液滴外層形成薄膜，即為半透膜。此膜可包住內層中的海藻酸鈉溶液和水分子，而半透膜上具有許多微小孔洞，因此水分子(膜內)和鈣離子(膜外)可透過這些孔洞穿過半透膜，進行滲透作用，但大分子的海藻酸鈉則無法穿透。
::<img style="width:650px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bb/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C_%E7%92%B0%E4%BF%9D%E6%B0%B4%E7%90%83-Ooho.png'/>

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 ==1.現象說明 ==
-半透膜(semipermeable membrane)是可以讓特定分子或離子以擴散方式通過的薄膜，生物體中有許多半透膜，例如血球。血液約占人體體重的十三分之一，血液中百分之四十五是血球，其中紅血球占了百分之九十九，在紅血球的外層有一層具有高度選擇性的半透膜，水很容易就可以通過這種半透膜，如果將紅血球放入水中，水就會通過半透膜進入紅血球，最終紅血球將無法負荷而脹破；相反地，如果將紅血球放入飽和食鹽水中，水就會通過半透膜而滲透到外面的食鹽水，最終紅血球就會因缺水而萎縮。
+喝水鳥為一裝飾成鳥的玩具，玻璃管內部有密封的彩色液體，鳥的頭及喙以泡棉包覆之。將其放在水杯旁，喝水鳥會反覆地做像是喝水的動作。
 <br><br>
 ==2.探究問題 ==
-利用簡單藥品製成半透膜，探討半透膜的構造及現象。
+喝水鳥反覆喝水的動作，看起來似乎永遠地動下去。然而喝水鳥運動看似沒有能量來源。我們將探討喝水鳥的內容分子的性質，能量如何從外界流入，以及能量與液體分子之間的關係。
 <br><br>
 ==3.實作項目 ==
-*3.1	製作粉圓步驟 :
+*3.1	將喝水鳥頭部的泡棉沾水，放在水杯旁，讓喝水鳥反覆動作。觀察喝水鳥的動作及內部液體的變化，必要時調整喝水鳥高度。若室溫太低(低於25 。C) 時，喝水鳥可能無法運動，可以點蠟燭或開暖氣讓喝水鳥周圍的環境溫度上升。
-:*3.1.1	將2克的海藻酸鈉(sodium alginate)溶於100 ml的水中，用筷子攪拌至透明澄清。
+*3.2	喝水鳥的包裝上有內含液體的分子式，將分子式寫下來:
-:*3.1.2	將上述海藻酸鈉溶液分成五等份，分別滴入不同食用色素，放置在透明塑膠杯中備用。:
+*3.3	觀看所附的分子動力學影片，水分子吸收能量而蒸發，其中影片中每秒顯示的運動約發在一皮秒(10-12 秒) 。
-:*3.1.3	將1克的氯化鈣溶於100 ml的水中，放置於另一塑膠杯中備用。
+:: https://www.youtube.com/watch?v=IGEP-u1PNX0
 <br><br>
 ==4.分析與結論 ==
 <br><br>
 ==5.教學目標與評量 ==
-*5.1	能實際配置，操作 ，獲得初步結論。
+*5.1 能從電負度差異，判斷水分子的局部正負電分立程度大於二氯甲烷，前者有較大的分子間吸引力。
-*5.2	能從實驗中看見擴散作用的進行。
+*5.2 能知道二氯甲烷因分子間吸引力較小，沸點較低且蒸氣壓較水為高。
-*5.3	學習簡易半透模的製作。
+*5.3 能知道外部氣體的能量流向喝水鳥，喝水鳥的頭部泡棉將二氯甲烷氣體降溫使其凝結，讓二氯甲烷液體向上累積。
 <br><br>
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 ==6.參考資料 ==
-*6.1	參考文獻
+*6.1 參考文獻
-:[1] 關於海藻酸: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B5%B7%E8%97%BB%E9%85%B8
+::[1] 喝水鳥簡介  : https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A5%AE%E6%B0%B4%E9%B8%9F
-:[2] 關於半透膜: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%8A%E9%80%8F%E8%86%9C
+::[2]  蒸氣壓 : https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%92%B8%E6%B0%A3%E5%A3%93
-:[3] 關於滲透壓: http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=4474
+::[3] 二氯甲烷 : https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E6%B0%AF%E7%94%B2%E7%83%B7
 <br><br><br><br><br><br><br>

喝水鳥的能量轉換與流動 - 修訂歷史

林子君 於 2019年12月16日 (一) 18:58

林子君 於 2019年12月10日 (二) 11:42

林子君於 2019年12月16日 (一) 18:58

林子君於 2019年12月10日 (二) 11:42