動手學科學/物質科學I/物質的態

出自 全民科學平台
於 2020年2月4日 (二) 06:09 由 林青高 (對話 | 貢獻) 所做的修訂
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核心原理

  1. 思考如何將生活中的物品分類
    • 請同學說出幾個教室裡的物品，並想辦法分類
      • 用軟硬分類
      • 用木、金屬、塑膠分類
    • 結果，發現不管哪一個分類法都很難把物品分的很細
  2. 如果把物品切的很小很小呢
  3. 引進原子的概念
    • 原子(atom)：原意為不可分割的粒子
  4. 介紹態
  5. 態的重要性
    • 如果沒有固態，人長怎樣?
    • 如果沒有液態，怎麼吃東西、怎麼消化?
    • 如果沒有氣態，人還能活著嗎?
    • 水循環的原裡就是因為有物質的三態，而水循環也深深的影響著地球的生態
  6. 觀察三態
    • Ｑ：不同的態有甚麼特性？
    • Ａ：
      • 固體時分子們會排列成固定形狀，並持續震動
      • 加熱成液體後，形狀會被破壞，振動會更劇烈，但還是黏在一起
      • 加熱成氣體後，開始有ㄧ些分子彈飛，不再黏在一起，振動會更劇烈


注意事項

  1. 不可直接觸用手碰乾冰，要戴手套
  2. 不可以拿乾冰去碰別人


觀察乾冰

觀察乾冰

原始設計者：林青高


(一)介紹

  1. 乾冰是固態的二氧化碳
  2. 乾冰在常溫下會快速的從固體變成氣體

(二)操作

  1. 帶上手套後，領取一塊乾冰
  2. 放在手上一下感受它的溫度(不能放太久，會凍傷)
  3. 放在桌上觀察
  4. 拿幾塊不同形狀大小的乾冰，放在桌上觀察
  5. 換成放在光滑的鐵片上觀察


(三)探究問題

花一點時間觀察、感覺乾冰（運用五感、想像力），你有什麼想法？

Ans: answer

試著畫出氣流的路徑。

Ans: 將一塊乾冰放在適合觀察的表面（例如鐵片、深色表面），可以在靠近乾冰的地方放上一些形狀大小不一的障礙物。

乾冰冒出的白煙是？

Ans: 乾冰冒出的白煙是液態的小水滴，他們非常小、小到肉眼看不見。會有白色的煙是因為乾冰太冷了，空氣中的水器會大量凝結成小水滴。


漂浮泡泡

漂浮泡泡

原始設計者：林青高


(一)介紹

  1. 材料：大容器、乾冰、泡泡槍（吹泡泡的東西ex.鐵絲繞一圈沾泡泡水）

(二)操作

  1. 找一個寬的容器，並裝滿水
  2. 把乾冰放進水裡靜置幾分鐘
  3. 用泡泡槍往裡面吹泡泡
  4. 泡泡就這麼懸在半空中


(三)探究問題

為什麼泡泡會飄在水上？

Ans:
  1. 把乾冰放進水裡一陣子之後，水的表面會充滿二氧化碳。
  2. 我們吹出的泡泡，裡面是空氣。
  3. 二氧化碳比空氣重。
  4. 因此泡泡就會浮在二氧化碳之上（水上）。


乾冰泡泡

乾冰泡泡

原始設計者：林青高


(一)介紹

  1. 準備材料：大容器、1 杯(熱)水、乾冰、吸水的布、洗碗精泡泡水、長尺

(二)操作

  1. (熱)水放進大容器，乾冰再放進(熱)水中
  2. 吸水的布放浸泡進泡泡水中
  3. 把泡泡水抹在箱子四周
  4. 用抹布滑過容器表面，就會有大泡泡出現

延伸實驗：

  1. 比賽誰的泡泡最大(用尺量，高度最高)
  2. 在容器中放進一杯熱水


(三)探究問題

能產生泡泡的原裡是？

Ans: 乾冰放入水中會產生大量的二氧化碳，讓泡泡表面慢慢鼓起來。

在容器中放進一杯熱水，會發生什麼變化？

Ans: 因為熱水會讓容器內的溫度變高，泡泡會膨脹的比沒有熱水還要快、越熱，乾冰越容易變成氣態的二氧化碳。


乾冰鬧鐘

乾冰鬧鐘

原始設計者：林青高


(一)介紹

  1. 材料：乾冰、湯匙、硬幣(１／５／１０／５０)

(二)操作

  1. 把湯匙放在乾冰上
  2. 用硬幣在乾冰上挖出一個溝，讓硬幣會在乾冰上震動

延伸實驗： 控制變因

  1. 不同硬幣
  2. 溝的深度不同
  3. 溝的寬度不同

應變變因

  1. 響亮程度
  2. 響的時間長度

(三)探究問題

為什麼硬幣在乾冰上會發出聲音？

Ans: 乾冰很冰（零下78度），乾冰碰到金屬，首先被加熱而放出氣體，那氣體又衝擊硬幣使它振動而發聲。

為什麼硬幣響一下就沒聲音了？

Ans: 因為硬幣在響的過程中會慢慢冷卻，乾冰沒遇到熱，就不會再快速的轉變成氣態二氧化碳。

如何讓硬幣響的久一點？

Ans: 更用力摩擦硬幣，加長冷卻的時間。


分辨常見元素

分辨常見元素

(一)介紹

碳(C)：

  • 組成生物的重要元素
  • 在二氧化碳裡可以找到它

氧(O)：

  • 地球大部分生物維持生命必備的元素

氮(N)：

  • 氨水(NH3)，尿液的味道就是氨
  • 常常用在值物肥料

氫(H)：

  • 在水分子(H2O)裡可以找到它

(二)操作

分辨 常見元素 C→碳 O→氧 N→氮 H→氫

(三)探究問題

你是否能認得元素符號Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ，請說明其是何種元素。

Ans:
  • Ｃ：碳
  • Ｈ：氫
  • Ｏ：氧
  • Ｎ：氮


認識常見分子

常見分子

水

  • 分子式：H2O
  • 特性：
    • 感官上(物理性質)：
      1. 長溫常壓時，呈現液態的狀態
      2. 本身無色無味，但有可能因為加了不同東西而改變顏色味道
      3. 有很多東西都可以溶(溶解)進去(有極性)
      4. 人在水裡會浮起來(密度)
    • 其他
  • 重要性(用途)：
    • 如果沒有了水...
  • 生活中哪裡找得到：
    • 處處可見~

二氧化碳

  • 分子式：CO2
  • 特性：
    • 感官上(物理性質)：
    • 其他
  • 重要性(用途)：
    • 身體代謝廢物
    • 光合作用
  • 生活中哪裡找得到：
    • 空氣中有0.04%是二氧化碳

甲烷

  • 分子式：CH3
  • 特性：
    • 感官上(物理性質)：
    • 其他
  • 重要性(用途)：
  • 生活中哪裡找得到：
    • 瓦斯

氨

  • 分子式：NH3
  • 特性：
    • 感官上(物理性質)：
    • 其他
  • 重要性(用途)：
  • 生活中哪裡找得到：

乙醇(酒精)

  • 分子式：C2H5OH
  • 基本介紹：
    • 日常生活中看到的酒，就是以乙醇(酒精做為主要成分)
  • 特性：
    • 感官上(物理性質)：
      1. 冰冰涼涼，滴到手上很快就不見了(容易蒸發)
    • 其他
  • 重要性(用途)：
  • 生活中哪裡找得到：
    • 餐廳、超商、賣場
    • 食用酒、工業酒精

原子如何組成分子

  • 介紹原子鍵結成分子的原裡：原子最外層電子組態
    • 用幾隻手來形容
    • H：ㄧ隻手／O：兩隻手／N：三隻手／C：四隻手



探究問題

分享一下你在生活中有觀察到哪些分子種類、哪些特性?

Ans: 例如，我觀察到：乙醇(酒精)，塗在身體上會涼涼的。


分子球桿模型

利用分子構造模型認識幾種常見分子的形狀

H20(水) CO2(二氧化碳) CH4(甲烷) NH3(氨) C2H5OH(乙醇/酒精)




p.s.google搜尋:分子構造模型 即可找到

探究問題

請問分子的形狀跟甚麼有關係？

Ans: 組成分子的原子們，他們電子軌域與鑑結狀況。


三相圖

原始設計者：林青高


介紹三相圖

    1. 如何讀懂三相圖：
    2. 認識坐標：溫度(橫軸)、壓力(縱軸)
    3. 認識圖中不同區塊代表的意義(物質三態)
    4. 定溫時(橫軸選一個點，往上延伸一條直線)，隨著壓力的變化，物質的態會如何改變
    5. 定壓時(縱軸選一個點，往右延伸一條直線)，隨著溫度的變化，物質的態會如何改變
    6. 找出三相點
  • 分別觀察 水&二氧化碳 的三相圖，並比較
    • 常溫時
    • 1atm時
    • 熔點
    • 沸點

探究問題

請問一大氣壓力時，改變溫度，水會發生甚麼改變？

Ans: 一大氣壓力時，H2O會隨著溫度的升高，從固態變液態，最後變氣態。

請問一大氣壓力時，改變溫度，二氧化碳會發生甚麼改變？

Ans: 一大氣壓力時，CO2會隨著溫度的升高，會直接從固態變氣態。

請問水的熔點？

Ans: 一大氣壓力、H2O在0度時，固態變液態。

請問二氧化碳的熔點？

Ans: 一大氣壓力時，CO2在-78度時，固態變氣態。

請問H2O的沸點較CO2高的原因為何？

Ans: 在分子層級，H2O比CO2排列的更緊密，需要更高的溫度（能量）才能拆散那些分子。

氫鍵產生的原因為何？

Ans: H2O具有極性。


乾冰介紹

  • 應用
    1. 為何用乾冰來保存食物
      1. 乾冰質量輕，它所佔重量是同體積水冰的1/18左右。質量輕則有利於運輸。
      2. 乾冰昇華後不會留下液體，這樣比用水冰冷藏更清潔乾淨，不會使食物潮濕。
      3. 乾冰昇華後生成的二氧化碳密度大於空氣，因而二氧化碳氣會附在質量重的食物表面，使*##食物與氧氣隔絕，達到抑制細菌滋生、減緩其新陳代謝的速度等作用，確保果蔬海鮮產品新鮮、​​不變質。
      4. 用乾冰製作美食，還可以營造溫馨浪漫的氛圍，可以讓食客產生如臨仙境的愉悅感覺。如今，採用乾冰來製作美食，已經為一些高檔酒店所追捧。
    2. 滅火器
      1. 二氧化碳比空氣重→可以隔絕空氣→缺乏助燃物，火就會熄滅
    3. 戲劇效果
      • 乾冰昇華時，體積迅速膨脹800倍；造成「絕熱膨脹」的進一步降溫，像冷氣機的冷媒一樣，使周圍的水蒸汽被大幅吸走熱量，而凝結成霧狀的小水滴。
    4. 檢查器具
      • 把乾冰放在桌上，再用杯子蓋住乾冰，有白霧漏出的地方就是桌面或杯子的缺陷
    5. 去汙
      • 工業上用乾冰來清潔機具，噴射到機具內的乾冰不會弄濕鐡器造成生鏽，而且乾冰的細小氣爆威力可以把粘著在機具上的油污炸開
    6. 造雨
      • 將乾冰射到對流層中，使其溫度驟降，將小水滴轉變成冰晶，透過冰晶成長過程後下雨


下圖為一張水的三相圖

  1. Q1.請完成填空1~5。
  2. Q2.請解釋在A點時，水的狀態(可能會改變喔)。
  3. Q3.請解釋在B點時，水的狀態(可能會改變喔)。

Ans:
  1. A1
  2. A2在同一個溫度，隨著壓力越大，水會從氣態，變成液態。
  3. A3在同一個壓力，隨著溫度越低，水會從氣態，變成液態，再變成固態。

請問如何讓冰變成液態水？又兩個狀態的差別為何？

Ans:
  1. 加熱即可達成目的。
    • 固體時分子們會排列成固定形狀，並持續震動。
    • 加熱成液體後，形狀會被破壞，振動會更劇烈，但還是黏在一起。

3.

    1. 請問，如何讓液態水變成氣態水?
    2. 兩個狀態的差別是?
Ans:
  1. 加熱
    1. 液體時，沒有固定形狀，會持續振動，分子們黏在一起。
    2. 加熱成氣體後，開始有ㄧ些分子彈飛，不再黏在一起，振動會更劇烈。

4.請問乾冰是哪一種分子組成的?

Ans: 二氧化碳

如果沒有固態、液態、氣態，對我們的生活會有甚麼影響？

Ans:
  • 如果沒有固態，人類可能會流來流去。
  • 如果沒有液態，我們沒辦法喝飲料。
  • 如果沒有氣態，我們沒辦法呼吸。

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