2008鍾靈化學創意競賽實驗題 / 解答

2008 鍾靈化學創意競賽實驗題

考試時間：180 分鐘

姓 名: , , 組別:

安全注意事項

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化學實驗有一定的危險性，請遵照老師指示，小心使用儀器及藥品，

以免發生傷害及意外。

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必須全程穿實驗衣及戴手套和安全眼鏡。

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酸、鹼具有腐蝕性，應避免與皮膚接觸而引起灼傷。

題目: 製備「金奈米粒子」水溶液

一般而言，

「奈米材料」是指構成材料的粒子其大小約在 1 ~ 100 奈米(奈

米= 10

公尺)。因為奈米粒子的尺度遠小於一般的塊材，所以奈米材料所表現

的物理和化學性質與我們原本所熟悉的材料是截然不同，而且這些特性會隨著奈

米粒子的粒徑改變而變化。以「金」為例，通常它所扮演的角色是被視為沒有化

學活性的貴重金屬，如：飾品和金屬導線。但是，當「金」以「奈米金」的角色

出現時，因為具有特殊的化學活性，所以常被當作觸媒用來催化許多化學反應，

而且其催化活性絲毫不比其他貴重金屬觸媒遜色。

金屬奈米粒子製備的方法通常是將金屬鹽類配置於含有適當「保護劑」

的水溶液中，再加入「還原劑」

。此時，金屬鹽類將被還原成金屬原子，然後這

些金屬原子經由彼此碰撞而聚集成粒徑較大的金屬奈米粒子。因為「保護劑」通

常會吸附在奈米粒子表面，可以防止粒子更進一步碰撞和聚集而產生沉澱，所以

是扮演控制奈米粒子粒徑的關鍵角色。

本次創意競賽實驗即為依據所提供的試劑和資料，自行設計實驗，精確定量

測量甘胺酸的酸式鹽(C

H

O

N．HCl)水溶液之體積莫耳濃度(M)，並且以此胺基

酸為保護劑，用硼氫化鈉為還原劑，製備「金奈米粒子」水溶液。

一、 實驗目的：

定量甘胺酸的酸式鹽水溶液的濃度(M)以及製備四種不同粒徑

且均勻度較佳的「金奈米粒子」水溶液。

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二、實驗材料:

(請於實驗前檢查核對是否有遺漏或缺損，所有實驗材料不再補

充，請詳實設計實驗方法後，再進行實驗。)

甘胺酸的酸式鹽水溶液(50 mL)、金氯酸(HAuCl

)的水溶液(0.001M , 1 mL, 4 瓶)

氫氧化鈉水溶液(0.05 M , 150 mL)、硼氫化鈉(NaBH

)水溶液(0.002M , 10 mL)

玻棒(1 支)、滴管(5 支) 、漏斗(2 個)、錶玻璃(1 個) 、廣用 pH 試紙(3 張)、標

籤紙(1 大張)、滴定管(50 mL , 2 支)、燒杯(100 mL , 2 個)、錐形瓶(50 mL , 1 個)、

錐形瓶(125 mL, 4 個)、量筒(10 mL , 1 個)、量筒(100 mL , 1 個)

三、 參考資料：

四、實驗紀錄:

(詳實記錄實驗內容，至少應包含下列各項)：

1. 先寫出你的實驗計劃和原理。

2. 詳細記錄實驗過程，包括觀察所得現象，和各種試劑之取用量。

3. 寫出每一實驗步驟及其所根據之原理。

4. 計算出甘胺酸的酸式鹽水溶液之濃度。計算過程應詳盡並充份解釋。

5. 利用所提供的試劑，設計並製備四種不同粒徑且均勻度較佳的金奈米粒

子水溶液。最後請將這製備所得的四個金奈米粒子水溶液裝在原本存放

金氯酸的 20mL 樣品瓶，並且標示清楚。

6. 比較四個金奈米粒子水溶液中個別粒子粒徑和均勻度的差別。

7. 根據上述實驗結果，歸納並討論可能影響金奈米粒子粒徑和均勻度的因

素。

甘胺酸

(C

H

O

N)

的酸解離常數 K

= 4.5 x 10

甘胺酸

(C2H5O2N)

的鹼解離常數 K

= 6.0 x 10

指示劑 變色範圍pH 值

溴酚藍

3.0 – 4.6

甲基紅

4.3 – 6.3

酚酞

8.2 – 10.0