"碳的結構與性質" 修訂間的差異
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<font color="blue">實驗材料: </font> | <font color="blue">實驗材料: </font> | ||
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*1.活性碳 | *1.活性碳 | ||
*2.木碳 | *2.木碳 | ||
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*10.餘氯指示劑 | *10.餘氯指示劑 | ||
*11.布手套 | *11.布手套 | ||
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*12.色素 | *12.色素 | ||
*13.線香 | *13.線香 | ||
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*20.檸檬 | *20.檸檬 | ||
*21.烤箱 | *21.烤箱 | ||
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==1.現象說明： == | ==1.現象說明： == | ||
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活性碳、木碳及備長碳其功能相當多，可應用於日常生活中，不同種類的碳也應用在不同的地方，透過各種不同製備方式的碳，經由實驗來探究碳的性質。 | 活性碳、木碳及備長碳其功能相當多，可應用於日常生活中，不同種類的碳也應用在不同的地方，透過各種不同製備方式的碳，經由實驗來探究碳的性質。 | ||
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==3.實驗步驟 == | ==3.實驗步驟 == | ||
| − | <font color="black" size="4">活動一: 各種碳外觀、功能之比較 | + | <font color="black" size="4">活動一: 各種碳外觀、功能之比較</font><br> |
*1.觀察各種碳之外觀有何不同? | *1.觀察各種碳之外觀有何不同? | ||
*2.敲敲看木碳與備長碳聲響有何不同? | *2.敲敲看木碳與備長碳聲響有何不同? | ||
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| − | <font color="black" size="4">活動二: 碳顆粒黑珍珠的生成 | + | <hr style="width:60%;"> |
| + | <font color="black" size="4">活動二: 碳顆粒黑珍珠的生成 </font><br> | ||
*1.每人戴上布手套取一湯匙在蠟燭上慢慢燻黑，用滴管取水慢慢在湯匙滴上一滴水。 | *1.每人戴上布手套取一湯匙在蠟燭上慢慢燻黑，用滴管取水慢慢在湯匙滴上一滴水。 | ||
*2.將水珠慢慢裹上一層碳顆粒(要裹均勻不可有縫隙)即可生成碳顆粒黑珍珠。 | *2.將水珠慢慢裹上一層碳顆粒(要裹均勻不可有縫隙)即可生成碳顆粒黑珍珠。 | ||
*3.再將碳顆粒黑珍珠輕輕置入水中觀察看看是否可以在水中漂浮 ？ | *3.再將碳顆粒黑珍珠輕輕置入水中觀察看看是否可以在水中漂浮 ？ | ||
| − | <img style=" | + | <img style="width:25%;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d6/%E7%A2%B3%E9%A1%86%E7%B2%92%E9%BB%91%E7%8F%8D%E7%8F%A0%E7%9A%84%E7%94%9F%E6%88%90.png'/> |
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| − | <font color="black" size="4">活動三: 黑金雞蛋的誕生 | + | <hr style="width:60%;"> |
| + | <font color="black" size="4">活動三: 黑金雞蛋的誕生 </font><br> | ||
*1.每組用夾子取一雞蛋在酒精燈上加熱將蛋殼表面燻黑。 | *1.每組用夾子取一雞蛋在酒精燈上加熱將蛋殼表面燻黑。 | ||
*2.再將黑雞蛋放入水中，觀察在水中看到的雞蛋與原先的雞蛋有何不同? | *2.再將黑雞蛋放入水中，觀察在水中看到的雞蛋與原先的雞蛋有何不同? | ||
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| − | <font color="black" size="4">活動四: 比較活性碳、備長碳與木碳的除色功能 | + | <hr style="width:60%;"> |
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| + | <font color="black" size="4">活動四: 比較活性碳、備長碳與木碳的除色功能 </font><br> | ||
*1.將三個塑膠杯中的自來水加入碘酒，分別將備長碳、活性碳與木碳加入，觀察溶液變化。 | *1.將三個塑膠杯中的自來水加入碘酒，分別將備長碳、活性碳與木碳加入，觀察溶液變化。 | ||
| − | + | ::(說明:留意加入碳一段時間之後，溶液會恢復清澈，且剛放入時，碳的毛細孔會不斷冒出氣泡，注意三種碳的差別。) | |
*2.再分別將活性碳與木碳放入兩杯紅色色素水中，另一杯為對照組，一段時間後觀察哪一杯顏色變淡了? | *2.再分別將活性碳與木碳放入兩杯紅色色素水中，另一杯為對照組，一段時間後觀察哪一杯顏色變淡了? | ||
*3.取上述效果較佳的碳分別在紅、藍、綠三杯色素水中，比較看看去除哪一種顏色的色素水效果較佳? | *3.取上述效果較佳的碳分別在紅、藍、綠三杯色素水中，比較看看去除哪一種顏色的色素水效果較佳? | ||
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| − | <font color="black" size="4">活動五: 比較活性碳、備長碳與木碳的空氣淨化的功能 | + | <hr style="width:60%;"> |
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*1.分別將活性碳、備長碳與木碳裝入茶袋中。 | *1.分別將活性碳、備長碳與木碳裝入茶袋中。 | ||
*2.分別將線香點燃後放入四個瓶子中。 | *2.分別將線香點燃後放入四個瓶子中。 | ||
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*4.觀察看看哪一瓶子的煙量減少了? | *4.觀察看看哪一瓶子的煙量減少了? | ||
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| − | <font color="black" size="4">活動六: 比較活性碳、備長碳與木碳的淨水的功能 | + | <hr style="width:60%;"> |
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*1.分別將四杯含有氯的自來水加入氯指示劑，使其出現顏色方便觀察。 | *1.分別將四杯含有氯的自來水加入氯指示劑，使其出現顏色方便觀察。 | ||
*2.分別將活性碳、備長碳與木碳放入兩杯水中，另一杯為對照組。 | *2.分別將活性碳、備長碳與木碳放入兩杯水中，另一杯為對照組。 | ||
*3.攪拌後靜置，並觀察顏色變化，哪一杯顏色變淡了？ | *3.攪拌後靜置，並觀察顏色變化，哪一杯顏色變淡了？ | ||
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| − | <font color="black" size="3">(2)水中懸浮物及雜質之去除 | + | <font color="black" size="3">(2)水中懸浮物及雜質之去除 </font> |
*1.取水溝的水置於四塑膠杯中，並分別加入活性碳、備長碳與木碳於三杯水中，另一杯為對照組。 | *1.取水溝的水置於四塑膠杯中，並分別加入活性碳、備長碳與木碳於三杯水中，另一杯為對照組。 | ||
*2.攪拌後靜置，並觀察顏色變化，哪一杯水變乾淨了？ | *2.攪拌後靜置，並觀察顏色變化，哪一杯水變乾淨了？ | ||
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| − | <font color="black" size="4">活動七:自製過濾器 | + | <hr style="width:60%;"> |
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| + | <font color="black" size="4">活動七:自製過濾器 </font> | ||
*1.取一50毫升的針筒，在其下方鋪上一層棉花，輕塞於洞口。 | *1.取一50毫升的針筒，在其下方鋪上一層棉花，輕塞於洞口。 | ||
*2.將活性碳鋪於上方，重複二至三次。 | *2.將活性碳鋪於上方，重複二至三次。 | ||
*3.再將髒水從上方到下，下方用一塑膠杯接收過濾水並觀察。 | *3.再將髒水從上方到下，下方用一塑膠杯接收過濾水並觀察。 | ||
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| − | <font color="black" size="4">活動八: 無字天書 | + | <hr style="width:60%;"> |
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| + | <font color="black" size="4">活動八: 無字天書 </font> | ||
*1.首先先將檸檬切開擠出汁液至於杯中。 | *1.首先先將檸檬切開擠出汁液至於杯中。 | ||
*2.用棉花棒沾檸檬汁在白紙上書寫或畫畫，放置乾燥。 | *2.用棉花棒沾檸檬汁在白紙上書寫或畫畫，放置乾燥。 | ||
*3.將放置乾燥的白紙置於烤箱中烘烤，直至書寫內容出現為止。 | *3.將放置乾燥的白紙置於烤箱中烘烤，直至書寫內容出現為止。 | ||
*4.觀察在烘烤過程中，書寫的文字是慢慢浮現還是烘烤立刻出現? | *4.觀察在烘烤過程中，書寫的文字是慢慢浮現還是烘烤立刻出現? | ||
| − | + | ::(說明: 檸檬汁在紙上書寫後放於火上，會使檸檬汁中的檸檬酸碳產生化學變化，進而變色，形成白紙上出現文字的現象。) | |
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==4.問題與討論 == | ==4.問題與討論 == | ||
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==6.進階知識== | ==6.進階知識== | ||
| − | 自然界中的蓮花葉子，具有所謂的「蓮葉效應」（Lotus effect），亦即由於蓮葉表面有奈米級的纖毛結構，而使水滴不會附著在葉子上的疏水性質（Hydrophobicity）。也因此蓮葉具有「自我淨潔」（self-cleaning）的功能，因為水滴不容易吸附在葉子表面，容易滾動滑落，會將灰塵一起帶著離開葉面。 | + | *自然界中的蓮花葉子，具有所謂的「蓮葉效應」（Lotus effect），亦即由於蓮葉表面有奈米級的纖毛結構，而使水滴不會附著在葉子上的疏水性質（Hydrophobicity）。也因此蓮葉具有「自我淨潔」（self-cleaning）的功能，因為水滴不容易吸附在葉子表面，容易滾動滑落，會將灰塵一起帶著離開葉面。 |
| − | 本實驗的湯匙在酒精火焰上或將雞蛋表層烤黑，會吸附一層很微小，達到奈米尺度的黑色碳微粒，於是如同蓮葉效應顯現出疏水性，水滴無法附著在湯匙上。 隨著水滴的滾動將疏水性的碳顆粒均勻的裹在表面，將其置入水中後便不會被分散，而是浮在水面上。雞蛋表層附著了奈米級結構的碳微粒具有疏水性，因此放入水中之後，水與微粒碳之間有一層很細微的空氣層。 | + | *本實驗的湯匙在酒精火焰上或將雞蛋表層烤黑，會吸附一層很微小，達到奈米尺度的黑色碳微粒，於是如同蓮葉效應顯現出疏水性，水滴無法附著在湯匙上。 |
| + | *隨著水滴的滾動將疏水性的碳顆粒均勻的裹在表面，將其置入水中後便不會被分散，而是浮在水面上。雞蛋表層附著了奈米級結構的碳微粒具有疏水性，因此放入水中之後，水與微粒碳之間有一層很細微的空氣層。 當水中四面八方的光線入射到雞蛋時，入射角比較小的光線（下圖藍色箭頭）可以折射進入空氣層，再照射到黑色碳被吸收（黑色物體不反射光線）。 | ||
| + | *但是入射角比較大的光線（紅色箭頭）則發生「全反射」（即沒有折射），反射至水面再折射進入空氣，因此在水面上方可以看到光線，看起來就亮亮的。（註：水發生全反射的臨界角度是49度） | ||
於 2019年5月6日 (一) 07:51 的修訂
製造幾種結構相異的碳，探討這些碳的性質。
實驗材料:
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1.現象說明：
活性碳、木碳及備長碳其功能相當多，可應用於日常生活中，不同種類的碳也應用在不同的地方，透過各種不同製備方式的碳，經由實驗來探究碳的性質。
2.教學目標
製造結構相異的碳，探討這些碳的性質。
3.實驗步驟
活動一: 各種碳外觀、功能之比較
- 1.觀察各種碳之外觀有何不同?
- 2.敲敲看木碳與備長碳聲響有何不同?
活動二: 碳顆粒黑珍珠的生成
- 1.每人戴上布手套取一湯匙在蠟燭上慢慢燻黑，用滴管取水慢慢在湯匙滴上一滴水。
- 2.將水珠慢慢裹上一層碳顆粒(要裹均勻不可有縫隙)即可生成碳顆粒黑珍珠。
- 3.再將碳顆粒黑珍珠輕輕置入水中觀察看看是否可以在水中漂浮 ？
活動三: 黑金雞蛋的誕生
- 1.每組用夾子取一雞蛋在酒精燈上加熱將蛋殼表面燻黑。
- 2.再將黑雞蛋放入水中，觀察在水中看到的雞蛋與原先的雞蛋有何不同?
活動四: 比較活性碳、備長碳與木碳的除色功能
- 1.將三個塑膠杯中的自來水加入碘酒，分別將備長碳、活性碳與木碳加入，觀察溶液變化。
- (說明:留意加入碳一段時間之後，溶液會恢復清澈，且剛放入時，碳的毛細孔會不斷冒出氣泡，注意三種碳的差別。)
- 2.再分別將活性碳與木碳放入兩杯紅色色素水中，另一杯為對照組，一段時間後觀察哪一杯顏色變淡了?
- 3.取上述效果較佳的碳分別在紅、藍、綠三杯色素水中，比較看看去除哪一種顏色的色素水效果較佳?
活動五: 比較活性碳、備長碳與木碳的空氣淨化的功能
- 1.分別將活性碳、備長碳與木碳裝入茶袋中。
- 2.分別將線香點燃後放入四個瓶子中。
- 3.再將裝入茶袋中的活性碳、備長碳與木碳分別快速塞入三個瓶中蓋上瓶蓋，另一瓶子為對照組。
- 4.觀察看看哪一瓶子的煙量減少了?
活動六: 比較活性碳、備長碳與木碳的淨水的功能
(1)水中餘氯之去除
- 1.分別將四杯含有氯的自來水加入氯指示劑，使其出現顏色方便觀察。
- 2.分別將活性碳、備長碳與木碳放入兩杯水中，另一杯為對照組。
- 3.攪拌後靜置，並觀察顏色變化，哪一杯顏色變淡了？
(2)水中懸浮物及雜質之去除
- 1.取水溝的水置於四塑膠杯中，並分別加入活性碳、備長碳與木碳於三杯水中，另一杯為對照組。
- 2.攪拌後靜置，並觀察顏色變化，哪一杯水變乾淨了？
活動七:自製過濾器
- 1.取一50毫升的針筒，在其下方鋪上一層棉花，輕塞於洞口。
- 2.將活性碳鋪於上方，重複二至三次。
- 3.再將髒水從上方到下，下方用一塑膠杯接收過濾水並觀察。
活動八: 無字天書
- 1.首先先將檸檬切開擠出汁液至於杯中。
- 2.用棉花棒沾檸檬汁在白紙上書寫或畫畫，放置乾燥。
- 3.將放置乾燥的白紙置於烤箱中烘烤，直至書寫內容出現為止。
- 4.觀察在烘烤過程中，書寫的文字是慢慢浮現還是烘烤立刻出現?
- (說明: 檸檬汁在紙上書寫後放於火上，會使檸檬汁中的檸檬酸碳產生化學變化，進而變色，形成白紙上出現文字的現象。)
4.問題與討論
- 4-1 自製的活性碳過濾器可以多次使用嗎？
- 4-2 哪一種碳的淨水效果最好？你能設計出「公平」的比較方式嗎?
5.參考文獻
1. 關於活性碳: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B4%BB%E6%80%A7%E7%82%AD
2. 關於備長碳: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%82%99%E9%95%B7%E7%82%AD
6.進階知識
- 自然界中的蓮花葉子，具有所謂的「蓮葉效應」（Lotus effect），亦即由於蓮葉表面有奈米級的纖毛結構，而使水滴不會附著在葉子上的疏水性質（Hydrophobicity）。也因此蓮葉具有「自我淨潔」（self-cleaning）的功能，因為水滴不容易吸附在葉子表面，容易滾動滑落，會將灰塵一起帶著離開葉面。
- 本實驗的湯匙在酒精火焰上或將雞蛋表層烤黑，會吸附一層很微小，達到奈米尺度的黑色碳微粒，於是如同蓮葉效應顯現出疏水性，水滴無法附著在湯匙上。
- 隨著水滴的滾動將疏水性的碳顆粒均勻的裹在表面，將其置入水中後便不會被分散，而是浮在水面上。雞蛋表層附著了奈米級結構的碳微粒具有疏水性，因此放入水中之後，水與微粒碳之間有一層很細微的空氣層。 當水中四面八方的光線入射到雞蛋時，入射角比較小的光線（下圖藍色箭頭）可以折射進入空氣層，再照射到黑色碳被吸收（黑色物體不反射光線）。
- 但是入射角比較大的光線（紅色箭頭）則發生「全反射」（即沒有折射），反射至水面再折射進入空氣，因此在水面上方可以看到光線，看起來就亮亮的。（註：水發生全反射的臨界角度是49度）
