動手學科學/物質科學I/物質的態

出自 全民科學平台
前往: 導覽搜尋


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

1.花一點時間觀察、感覺乾冰(運用五感、想像力),你有甚麼想法?

大家盡情的發揮自己的想法

2.畫出氣流的路徑

將一塊乾冰放在適合觀察的表面(ex.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。

3.乾冰冒出的白煙是?

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

1.為什麼泡泡會飄在水上?

  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

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

1.能產生泡泡的原裡是?

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

2.在容器中放進一杯熱水,會發生甚麼變化?

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

1.為什麼硬幣在乾冰上會發出聲音?

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

2.為什麼硬幣響一下就沒聲音了?

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

3.如何讓硬幣響的久一點?

更用力摩擦硬幣,加長冷卻的時間( ~'ω')~


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

1.複習一次:你是否能認得元素符號C、H、O、N

C:碳 H:氫 O:氧 N:氮


認識常見分子

常見分子

  • 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

  • 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

1.分享一下你在生活中有觀察到哪些分子種類、哪些特性?

ex.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

1.請問分子的形狀跟甚麼有關係?

  1. 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

1.請問1大氣壓力時,改變溫度,水會發生甚麼改變?

1大氣壓力時,H2O會隨著溫度的升高,固→液→氣

2.請問1大氣壓力時,改變溫度,二氧化碳會發生甚麼改變?

1大氣壓力時,CO2會隨著溫度的升高,固→氣

3.請問水的熔點?

1大氣壓力時,H2O在0度時,固→液

4.請問二氧化碳的熔點?

1大氣壓力時,CO2在-78度時,固→氣

5.請問H2O的沸點比較高的原因?

氫鍵: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

6.氫鍵產生的原因?

H2O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

探究問題

1.下圖為一張水的三相圖
Q1.請完成填空1~5。
Q2.請解釋在A點時,水的狀態(可能會改變喔)。
Q3.請解釋在B點時,水的狀態(可能會改變喔)。

A1

A2在同一個溫度,隨著壓力越大,水會從氣態,變成液態。

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。

2.
    1. 請問,如何讓冰變成液態水?
    2. 兩個狀態的差別是?

  1. 加熱
    1. 固體時分子們會排列成固定形狀,並持續震動。
    2. 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?

  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?

二氧化碳

5.如果沒有固態/液態/氣態,對我們的生活會有甚麼影響?

ex.

  • 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
取自 "http://science4everyone.net/MediaWiki/index.php?title=動手學科學/物質科學I/物質的態&oldid=4335"