2006年鍾靈化學創意競賽實驗題

2006 鍾靈化學創意競賽實驗題

考試時間：180 分鐘

組別: 姓 名: , ,

安全注意事項

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。

必須全程穿實驗衣及戴安全眼鏡。

碘易昇華且具有強烈刺激性氣味，應避免與皮膚接觸而引起灼傷，

更不可吸進碘蒸氣，碘蒸氣會劇烈地刺激眼睛、鼻粘膜和呼吸器官，

使人中毒，應在抽風櫃內取用。做完實驗請倒入廢液桶回收。

若需加熱，請小心使用加熱器，避免液體噴濺及燙傷。

第一題: 設計組裝輸出最大電壓的電化學電池 (佔五十分)

電池是日常生活中不可或缺的物品，手機、筆記型電腦、汽機車等，均需

用電池作為能源，不同的電器需使用不同電壓的電池，一般而言，較高電壓的

能源效率亦較高，所以設計輸出最大電壓的電池是一個重要的考慮。試根據下

列提供的材料與資料，自行設計組裝得到輸出最大電壓的電化學電池。

一、

實驗目的：

設計組裝電化學電池，可輸出最大電壓，並點亮發光二極體

(LED)。

二、實驗材料: (請於實驗前檢查核對有否遺漏或缺損，藥品不再補充，

請酌量取用)

KNO

(101.11 g/mole, 10g)、ZnSO

(161.45 g/mole, 4g)、CuSO

(159.62

g/mole , 4g)、KI

(166.02 g/mole, 0.5g)、I

(253.81 g/mole, 0.1g)

鋅片(1 片) 、銅片(1 片) 、石墨電極(1 支) 、洋菜(5g) 、

砂紙

5cm*5cm (1 張) 、棉花(適量)

U 形管(1 支) 、藥杓(1 支) 、100mL 燒杯(2 個) 、250mL 燒杯(2 個) 、

500mL 燒杯(1 個) 、100mL 量筒(1 支)、玻棒(2 支) 、滴管(2 支) 、

電加熱器(1 台) 、30cm 電線(2 條，兩端含鱷魚夾)、LED (1 顆) 、標籤

紙(1 大張)

註:另有備份的電極、砂紙、棉花、U 形管、燒杯、玻棒、滴管、漏斗、

電線、LED、濾紙等材料，同學們如有需要時，請向監考老師登記

取用。

三、 參考資料：

半反應 標準還原電位(V)

K

+ e

→ K

-2.925

Zn

+ 2e

→ Zn

-0.763

SO4

+ 4H

+ 2e

→ H2SO3 + H2O +0.172

Cu

+ 2e

→ Cu

+0.337

I3

+ 2e

→ 3I

+0.536

I2(aq)

+ 2e

→ 2I

+0.615

NO3

+ 3H

+ 2e

→ HNO2 + H2O +0.940

四、實驗紀錄:

(詳實記錄實驗內容，至少應包含下列各項)：

1. 詳細記錄電化學電池之構建過程。

2. 記錄鹽橋的製作過程。

3. 寫出所設計電池的所有半反應、全反應和所計算的標準電池電位。

4. 繪出所設計電化學電池的裝置圖，並標示各電極和電解液成份、電

池的陰極、陽極和正極、負極、電子和離子流向。

5. 向監考老師取用三用電表量測所組裝電池之輸出電位大小並記錄

之(由監考老師確認)。

6. 比較實驗所測得電池電位和經由計算所得理論電池電位之異同，並

加以解釋。

7.

記錄電池連接LED的方法及所觀察到的結果。(實驗結束後請保持此

電路聯結方式，留待評審老師評分)。

第二題: 搶救典籍大作戰 (佔五十分)

紙張已經使用了千餘年，是文明創造及延續的最重要媒介，有極多古書保

存至今。自工業革命以來，為因應大量紙張需求，發明使用了明礬作為上槳原

料，明礬是硫酸鋁類的水合物，可填入縫隙使紙張平整。二十世紀中期，赫然

發現圖書館中只有數十年歷史的藏書，反而脆裂散毀，經實驗證實了是明礬惹

的禍。為保存這批典藏，化學家們也發明了解決方法。針對這個“搶救典籍大

作戰＂，試提出你的策略，可以快速有效的處理大批書籍。

詳細回答下列各項目。

(A)明礬是什麼﹖

(B)明礬遇水氣發生什麼化學反應﹖

(C)紙的主成分是什麼﹖

(D)紙的脆裂是什麼化學反應﹖

(E)你準備用什麼化學藥品處理紙張﹖這個化學藥品具有何種性質？說明依

據的原理，執行的步驟，及其優點及缺點。

(F) 說明執行的步驟，及其優點及缺點。

(G)你要使用溶劑嗎﹖用什麼溶劑﹖若不使用溶劑，則該如何進行﹖

(H)逐項評估其人工，時間，經費，效率，環保，工安等項目。

(I)其他。