2016 年第十三屆國際國中科學奧林區亞競賽
--實驗題試題
實駿簡介:
時間: 3 小時分數:
40 分
國立臺灣師範大學科學教育中心
本實驗將以水蒸餾法從植物種子中提煉精油。水蒸餾法藉由使用沸水從原物料中萃出 精油，它也是迄今最經濟及常用的植物精油提煉方式 。 操作時，先將原物料浸泡於水中，再加熱至沸騰，然後從冷接管中收集蒸餾出的物質。 由於蒸餾出的水和油具有極性的差異，油與水不會相互混和，可從水層中分隔開，再藉由 分液漏斗收集組萃出的油，通常還需要進一步的純他技術'才能獲得純油 。本實驗採用之植物材料為肉荳桂 (Myristicafragrans
Houtt) 的果實及其種子，它是一種
印尼東馬六甲地區常見的原生長青植物，它的種子就是知名的肉荳麓，種子被假種皮(特 指種子外倒的包覆物，它部分或全部包覆著種子)黏附著，常用於食物調味及醫療用途 。 本實驗中，參賽者需對肉荳踅及水蒸餾法進行相關實驗 。 在本競賽中，按照實驗步驟仔細操作，藉以回答物理、生物及化學的所有問題，請仔細閱讀每一實驗步驟並小心操作
。
水蕪餾萃取裝置包含: 1.電熱板 2. 團筒形三頸蒸餾瓶 3. 阿里恩(Allihn) 玻璃冷凝管，球形內管 5. 橡皮管(不在圖上) 6. 支架 4. 改良型 Dean-Stark 收集器，連接冷擬管， 配有水的出人口 7. 持夾器 8. 持夾調整器 9. 水桶(不在圖上) 10. 流水幫浦(不在圖上) 1 1.溫度計12
.
600
mL 玻璃燒杯(不在圖上) 一一其他器材包括:
a. 10
mL 量筒 b. 塑膠漏斗 C. 樣品試管d.
til古板e
. 手套
f.放大鏡
g. 護目鏡 h. 橡皮塞 材料: a. 肉豆建果 b. 肉互蓮種子粉末 C. 水 d. 沸石 1.請確認實驗裝置已正確安裝。 圖 l 、水蒸餾裝置，用於分離肉豆是油與肉豆蓮籽 2. 在蒸餾瓶中加入 400mL 水，溫度計插入蒸餾瓶中 。 確認溫度計尖端不要觸到蒸餾 瓶底部 。 3. 打開電熱板(調整加熱強度到 3) 同時按下碼錶 START 開始計時 。 讀小心，不要觸碰 電熱板的加熱片。電熱板本身有自動 ON-OFF 開關維持溫度與避免過熟。 4. 每 0.5 分鐘計錄一次水溫直到 12 分鐘為止，將數據寫在答案紙上， 12 分鐘後關掉 電熱板與碼錶 。 5. 取出溫度計， 用提供給你的蓋子封住 。 6. 在原來的水還在蒸餾瓶中的情況下，加入更多的水直到 500mL
'用塑膠漏斗將所 提供肉豆楚種子粉末(1 20 g) 加人蒸餾瓶中，同時加人 3-5 月沸石到蒸餾瓶中 。 7. 打開電熱板，調整加熱功率到最大(數字 5) ，持續加熱 90 分鐘，以碼錶計時 。科學教育月刊 第 408 期 中華民國 107 年 5 月 8. 在 90 分鍾的等待時間中，先於答案卷上回答第一部份的物理問題"水吸收能量的 效車" 。
9
.
回答第一部份的題目後，繼續進行後績的生物實驗 。 10. 桌上備有肉荳蓮果實(含有種子) ，肉荳建果實及種子的縱切及橫切樣本 。 1 1.仔細觀察肉荳麓的果實，及果實含有的部位 。 12. 仔細觀察肉荳蓮縱切及橫切的樣本，及其含有的部位 。 13. 於答案卷上回答第二部分的生物問題"肉荳麓的形態特徵"。 14. 經過 90 分鐘的加熱後，關掉電熱板，測量 Dean-Stark 收集器中肉荳蓮油的體積 。 你可能需要靜候一段時間，等待肉荳蓮油自水中分離 。 15. 將肉荳蓮油收集至所提供的樣本試管中，並將之與答案卷放在一起，在所提供的標 籤紙上寫上組別編號，並將標籤紙貼在試管上 。 16. 於答案卷上回答第三部分的他學"荳楚油的蒸餾"問題 。 問題第一部分:物理，水吸技能量的效率[ 13 分]
固態變為液態和氣態的相變通常必須大量吸熱 。若以固定的速率加熱一塊冰，會發生 相變 。 先變為水，再變為水蒸氣，其相變所需的能量稱為潛熱(也就是熔化熱及汽他熱)。 潛熱會導致在溫度對時間圖上出現如下圖的平台(圖 1) 。 該圖是在 1 標準大氣壓下 。,.1
1∞句: 度ooc
水汽化、
吸，自 圖 1 、溫度對應所吸熱量的圖苟且加熱水穗，民
Ph-l
[3.0 分 l 作水溫(以℃為單位)對加熱時間(以分鐘 mm 為單位)的函數圖!Ph-2
[1. 5 分 l 決定水溫變他 (ðT)和加熱時間 (M) 圍中的線性區域範圍!Ph-3
[2.0 分]僅使用圖中的線性部分(也就是水溫升高的線性過程) ，計算水溫的變化對 應時間的變化率(以oc/s 為單位)!
Ph-4
[2.0 分 l 計算在圖中的線性區域，電熱板消耗了多少電能(以焦耳 J 為單位)(己知使用電熱板的電功率為 600W)
!
Ph-5
(1. 5 分 l 計算在圖中的線性區域，增加該區段水的溫度需要多少熱能(以焦耳 J 為單位)
!
(注意水的比熱 Cwater
= 4180 J/kg.
oc 且密度 p=
1
000kg
/
m
3 )Ph-6
(1. 5 分]計算在圖中的線性區域的時間範圍，散失於環境中的熱能有多少(以焦耳 J 為單位)!
Ph-7 (
1. 5 分 l 計算在圍中的線性區域，用來使水溫度升高的能量對電熱板消耗總能量的 百分比為何!第二部分:生物，肉荳楚的特徵 [13 分]
A. 肉荳意果實Bi-l
(2.0 分 l
畫出果實的縱切面種子完整未切開!
Bi-2
(3.0 分 l 參照所提供的答案庫，標示果實的部位 。 從答案庫中選出相關部位，用箭頭指出果實的部位 (fruitparts)
，標出答案 時只要寫下字母代號即可(例如 :A 、 B 、 C 等) 。 B. 肉荳意種子Bi-3
(3
.
0 分 l
畫出種子的橫切面!
Bi-4
(2.0 分 l 參照所提供的答案庫，標示種子的部位。 答案庫 A. 花托 B. 中果皮 C. 花欖 A. 外胚乳 從答案庫中選出相關部位，用箭頭指出種子的部位 (seedparts)
，標出答案 時只要寫下字母代號即可(例如 :A 、 B 、 C 等) 。 E 小腔I 種子
M. 胚F
. 珠心
J. 外種皮/種子外殼
N
. 外果皮
G. 胚乳K. 假種皮
O. 胎座 H 內果皮 L.珠柄 P. 隱頭花序 C. 肉荳蕙果實與種子的特徵 果實與種子的分類 簡單果 由單一雌蕊發育而來 複合果 一個果實由一朵花包含許多子房在發育過程中癒合(或聚集) ，或 一個果實由許多花，每朵花有一個子房發育成一個小果實，再成 簇或癒合成一個大果實(多花的)科學教育月刊 第 408 期 中華民國 107 年 5 月 真果 一個果實，其所有的組織起源於子房及其內容物 假果 一個果實，起源於一個成熟的子房，或多個子房但包含一個明顯 的非子房組織的部位 肉質果 成熟的果實有柔軟及漿狀的果皮 乾果 果實在成熟時有乾的果皮
