誰最會生氣

出自 全民科學平台
於 2019年2月14日 (四) 02:32 由 劉恩佑 (對話 | 貢獻) 所做的修訂
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原始設計者:蕭次融


目的

利用酸鹼指示劑的變色與澄清石灰水的混濁與再澄清,讓學生知道從我們口中呼出來的氣體是酸性,含有二氧化碳。
競賽的目的在於藉由趣味性活動,讓學生思考如何使有限的一口氣,「細氣長流」充分反應,並由團隊合作學習協調之重要性。

原理

酸鹼指示劑中的酚酉太,在鹼性溶液呈現粉紅色,在酸性溶液則褪為無色。
因此若在水中,滴下酚酉太 溶液與氫氧化鈉溶液各一滴,則得粉紅色溶液。
對此溶液經由吸管吹氣,一會兒溶液由粉紅色變為無色。
這是酸鹼中和,證明我們所呼出的「口氣」是酸性。
其實我們知道口氣中含有二氧化碳,二氧化碳溶於水成為碳酸,是口氣中酸性的由來。

消石灰是氫氧化鈣 , Ca(OH)2 的俗稱,稍溶於水,產生鈣離子。
而鈣離子易與碳酸根離子(式 3)結合,產生難溶的碳酸鈣,導致澄清的消石灰水變成混濁。

若在混濁的消石灰水溶液中繼續吹氣,則混濁溶液可變澄清。
這是因為碳酸鈣溶於過量的二氧化碳飽和溶液(式2、式 5),產生可溶性的碳酸氫鈣。

活動一:誰最會生氣

競賽

只用一口氣(吹氣途中不能換氣),比賽誰能中和最多的鹼液。
比賽時,每隊推派一名選手,代表該隊出來比賽。
每名選手可指定鹼液的量(以 5 mL為單位增減),總共可試三次,以表現最佳的一次計分。
量度鹼液的方法有二種:

  1. 大會只準備一種鹼液(加有酚酉太指示劑,溶液呈現粉紅色),事先分給各隊200mL練習。
    比賽時,由選手自行指定鹼液的量(以 5 mL 為計算單位),一口氣吹至變色即算成功。
  2. 大會預先準備四種不同濃度的鹼液(加有酚酉太指示劑,溶液呈現粉紅色),依濃度的不同編號;各取一定量(20 mL)的溶液,分別倒入透明的塑膠杯(250 mL),分給各隊練習。比賽時,由選手自行指定鹼液的濃度與量(以5mL為計算單位),一口氣吹至變色即算成功。

評分方法

依鹼液的量排序定名次(男女選手分別計績)。

活動二:哪一隊最合作

競賽

本項活動是比賽哪一隊最合作,能在最短時間,將一定量(50 mL)的氫氧化鈣(消石灰)溶液 ,由澄清吹至混濁,然後繼續吹至澄清。
比賽時每一隊員各有一支吸管, 可同時對同一杯溶液吹氣。
本活動比賽為計時賽,採取初、複賽,比賽前分給各隊 100mL 消石灰水練習。

  1. 初賽為淘汰賽,要計時,每次4至8隊(視場地與裁判人數而定),取第一名參加複賽。
  2. 複賽為計時賽,每次4至8隊。

評分方法

依所需時間排序定名次,參加複賽者以複賽的成績為準;未參加複賽者,則取其初賽的成績。(本項活動不分性別,混合計績。)

活動三:哪一隊最具創意

競賽

本項活動要求每一隊,要事先調配好澄清的消石灰水溶液,能由吹氣即可使其經由混濁變回澄清。
比賽前,每一隊要先交出澄清的消石灰水溶液約100mL與其配方給裁判。由裁判量取50mL的澄清石灰水溶液於透明的250mL塑膠杯交還給該隊。
全體隊員都要參與接力吹氣。計時比賽,吹至澄清即算成功。
每一隊員得各持一支吸管等候接力,但杯內不得同時有兩支或以上的吸管碰觸溶液。

評分方法

成功者,依所費時間排序定名次,如表。

器材

  • 透明塑膠杯(250mL)6個
  • 塑膠吸管(可彎曲的)
  • 100mL 10支消石灰水《註1》
  • 200mL氫氧化鈉《註2》
  • 1mL酚酉太指示劑
  • 計秒器(停錶)1個
  • 氫氧化鈉顆粒2粒
  • 氫氧化鈣粉末5克
  • 酚酉太
  • 溶液(5mL)1瓶

《註1》

澄清飽和消石灰水的配法如下:
在保特瓶內放入約5g的消石灰Ca(OH)2粉末後,倒入自來水約九分滿。
蓋緊瓶蓋後,將瓶子上下倒轉數次,以助Ca(OH)2溶解。
靜置隔夜後,以虹吸管或傾倒上面的澄清液於另一瓶保特瓶中(要小心,不要擾動瓶底的消石灰固體)即得澄清飽和消石灰水備用。
若不完全澄清,則再靜置隔夜,待少許沉澱在瓶底,再次傾倒於空的保特瓶即得澄清的飽和消石灰水溶液。
消石灰水曝露於空氣中,液面上會有碳酸鈣粉末,應去除。
每一隊要事先利用此飽和溶液(如一次取10mL),以不同量的自來水稀釋,試出哪一種比例(配方)的溶液最易在最短的時間能將其吹成混濁,再變回澄清。

《註2》

氫氧化鈉溶液的濃度:
氫氧化鈉溶液的濃度以 0.02 %為宜,配法如下:

  1. 取2g的氫氧化鈉,溶於500mL的自來水,等分成5份(各100mL),分別倒入2升的大號保特瓶(5瓶),然後加水至九分滿,加酚酉太指示劑使其變成粉紅色備用。
  2. 大會給兩粒氫氧化鈉(約0.4g),將其放入透明的大號保特瓶(2升)內後(若放在小塑膠袋內的氫氧化鈉已潮解,則取出氫氧化鈉後,倒入冷水少許,沖洗小塑膠袋,將沖洗液倒入保特瓶內),加水至九分滿。蓋緊瓶蓋後,將瓶子上下倒轉數次,以助氫氧化鈉溶解。加酚酉太指示劑至溶液呈現粉紅色。

場地

任何地方,但要準備乾抹布以便擦地板。
時間:

  1. 練習時間 20分鐘
  2. 比賽及評審時間 60分鐘

對象

  1. 參賽者由小學生至高中生均可
  2. 以化學方程式解說原理適用於高中生。

探究問題