八十九學年度高級中學化學科能力競賽決賽實驗試題解析和評析

八十九學年度高級中學

化學科能力競賽決賽實驗試題解析和評析

謝建國

鹽立影化師範大學

化學系

、防 IJi主 八十九學年度全聽高級中學化體耗能力競 (…)及試題(二)。 (三)作為解析和評柄。此次競賽 按九十年二丹骰鵲立彰化喜事範大學舉行， 全國各富城既要真選出來的學生臨卡九名參 接賽的宗曾在於擾與高中學生對科學問題 研究的興趣，激發其思考、組織、制i造能力。 實驗競賽部份，學生必須應用既有的學科能力 (如知識能力、操作技巧等) ，並配合題自 提供的資料，經由組鑄就鞋、露自造設計一個實 驗混程試解決問輯。 串於參賽院學生為奎爾高中生的菁英，為 了能夠選拔出屆中翻幣，題目難度相對較高 o 此試題分為兩段式的成就詩量，第予受為線定

Na2C03

Na2C03

數，難理較盔，第二段則為求出 CaC03 數， 本文將分立志實驗試題、 點分析‘三字分原則和評審綜合感想等項教述。

貳、實驗試題

一、題目

N a2C03/CaC03

/N

aCl 混合物中，各成

斗、報關資料 1.Na2COJ: 份子己最 105.99 '熔點 8510 C '并 O ℃時 100

g *I.:iJì容角平 7.1

g

0

CaC03

:持不量 100. 仰，熔點 13390 C

'

256 C 峙的Og 水-，jJì容賢幸1.4

mg

0

NaCI

58.峙，熔點 8010 C '在

o

oC 時 100g* 可j容辭 35.7 怠。 2月 0.1000

M HCl ì爵定 25.00

mL 0.1000 M

Na2C恥之由線儷如下所示。 司

4 門、、

、、

pH

t

、

E

、

爪

...

。

\

句

\

4 們

o

10 20 30 40 50 60

O.1000MHCI 之體積(mL)

3. 酸鹼指示要i …十一「啦顏色|艷麗醬 i鹼塑顏色

紅

13.1

4

.4

無

6.8 -

8

.4

的… 10.01紅

4.0.1

N 鹽酪可以煮撥一小時府沒有顧著的 HCI 逸出，

0

.5

N 醬醋可以煮沸 10 分鐘即沒有顯 著的 HCl 逸出。(以上須講時補充蒸發的水 份 ， 1其免茵水量減少，接高鹽酸濃度而浩成 HCI 的逸指〉 5. 雷子天平在?或 Tare 鑼或 Re-Zero 下即可歸零或拉隊毛盤。 6. 本生:燈苦不會使用可請教評審。點三之時身體 主牽連離燈具。立主講使用擋聽較 j正是黨吹火 熄。 玉、特點說明: 1.待瀾混合物眼鏡一起(約 5 肘。 NaOH 容液及 HCl 濟技總使用餐各限 250mL (自行一次取出) 2.[浪k人所提供器材藥品進行實驗。 3. 本試題紙及黨驗報告紙於實驗完畢并轍 。記得寫上組肘。 4. 請注意寶驗安全。 四、器材藥品: 付個人都的 1.待測混合物(約 5位 l 袋 2.漏斗

2

3.~度棒

2 支

是.洗f條難 5.韶勻

_{2 支}

6 搗管

5

7 燒杯(250mL) 5 個 8.雛形瓶(250mL)

5

9.安全眼鐘 l 副 i扎l l立2.標蠶紙 13. 自紙(草稿院) i也擋風被 15滴定管(酷鹼) 16 摘定管架 17 滴定管制 18.計算機(自嘯) 的三都架 20.本生增 2 1.火蛾 22.鶴瓷纖維網 23.忌、水盆(金;家塊) 24.:豔摸(l OOmL) 25衛生緻 26.韓、布 公用部份

1.NaOH 格液(0.2134 N)250mL(每人)

2.HCI 溶誰的 .20帥的250mL( 詩人) :i 黨餾水 4.電子天秤(0.0001

g)

5 稱量軾 6.甲主義橙 7.齡最工 8.漢磁香草藍 取盡全綠 時，勸 1 1.凡土林

參、參考答黨

l 張 各 1 支

l 支

1 個 l 合 Z且 l 片 1 個 !在每 、題曰:

N

a2C03/CaC03/N

aCI 混發物中 ，各成分闊的最量百分率。

6。一

八十九學年度高級中學化學科能力競賽決賽實驗試題解析和評析 三實驗步驟(以鶴要的文字寫出， ，不可讀輯) [201:)毛] 1.以稱最故稱取。后-0 .7

g

(轎稱至 0.0001

g)

混合物，童入雄形難中，說海入軒昂 mL 蒸 餾水及 3 滴腎 。 2.清洗酸武滴定智，立立以少議 0.2089N 鹽際潤 淺。然後裝入此巨變酸，排除氣袍，記下初鸚 。以此酸;當定上講混合物至紅色消央(固 有 CaC03 存在故里白色)。記錯酷的用霾

(V.

)。 由 Vl 算出 Na2C03 含量章。 n商定曹 操作技巧的緝節嘴略) 3 雌續踏入大黨轉賣委更自色沈澱完全消失，體 玉、實驗數線(有系統的以我梅方式呈現) [15 1:)月 混合物 i 紅色混矣!白血洗搬 l 反滴定|換算出過;與 CaC0

₃

作用

次到

I -章(g)

I

時鹽酸用!消失時盤 I NaOH. 麓的鹽轍 l 之鞭酸

量阿拉):酸用釁 /1轍用 I V

₃

(祉)

I

V

4

=V

2

-2V

1

叫

I

(讀主義) I 壘(mL)

I

(mL)

且也

0.63461

14.10 I 44.55

I 5.95 I

6.總

10.27

0.63451

14.00 1 45

.3

0 1 7.00 1 7.15

1

10.15

一 10.63461

14.10

45.00

6.00

。記下總體積 (Vz)

,

V2 何合 VI 在!呵。 是.將皮摩克之溶接煮沸 5 分錯，以超出 CO立， 接證入冰水中冷卻(使用冰水丟在節省 5.同步驟 2 技巧將 0.2134 N 之 NaOH 格按裝入 ，就用來反j萬三史上述講霆 之星體驗 c 更紅色攏嘎記下 NaOH 溶液用畫畫。 再換算咄逼畫畫聽酸之最 (V3

)

6 算出 NazC03 、 CaC03 、 NaCI

一用率

;分

一門口自

-b

估

所取

f

aw

分

正寄

均占 jj匙、'， 42 ，

6.23

特別%I

16.92%

48.85%

I

16.72%

I

是9.20%

I

17 招%1

49.08%

I

17.06%

I

10.57

軒的主] :晨在配方(混金物) 16.90% 。 函、計算i過程(以第一次數據為例，列出計

)

[15 1:)在}

Na2C03

x0.2089 x 105.99

0.6346

X

100%

=

49.20 1:)毛

CaC03

x 0.2089 x

}j,

x 100.09

x

100%

=

16.92%

0.6346

、實驗結樂: [30的

Na2C03

且主且我%

CaC03

i泊立% 六、實驗討論(對於實驗步驟中，某些操作 議程或特揉按巧、藥品用蠱，辛苦奮其特聽用 意雙講-i并在1ft說明 )[201:)吋 1 混合物取蓋章。 .6-0 .7

g

及鹽酸的用壘。最用太少時相對說差大，太 多持自費酸的用量太多。 2 混合物加入 50 mL 水，各次實驗應大約 一致，避免指示劑顏色的觀察有差距。 水蠶也有立宣太多，者則煮沸不見。 ;;第一當景點試鹽酸溝定時，要不當時搖疇，以

4

站止 i容、液中某一局部區域酸↑生太強 fflB龍成 CaC03 分解並逸出 COz 或 Na2C03 形成 HZC03 並分解tI:l COz 。如此…來 Na2C似的滴定就 有較大誤差7 。 迅遠地將 CaC03 分解掉，可館有操持時間。 過麓的鹽酸要期也知濃度的 NaOH 溶液疫滴 5.Na2C03 的第二當量點雖然明顯，但 pH {章 較盔，此時盤散也會和 CaC03 作用，故不禮 台違章行 Na2C03 的第一 CO立，並梅於水中造成 酸蟻，反 r萬定將精耗鱉多 NaO日，故必須聶 煮濃除去 COz é E室、評蠶重點分析 l. Na立C03 和 HCI 的皮態特性及反應式。 2.CaC03 和 HCl 的反應式。 :LC趴在水中的溶解度和溫度的關謊。 4.COz 在水中形成酸盤。

5.pH

6

?

8.反皮;喝窮定的觀念。 9 體積黨耳濃度 Q l口l i口2.闇閱讀圖 3褻笑的能力 c 13.根據分子蠱、溶解慮、數鹼灑度高預{吉、 、教餾水用量 c 14. 韓鹽酸7/(溶液熱轉定概念的轉用。 1忌.實驗方法的選擇及實驗流程的設計。

62

16.實驗操作搜巧。的: 、指示齊a 使 、~禽走操作、 3日熱煮沸及冷卻。 17 數據的處理。如;有效望實驗結果的取槍、 格的設計、有教數字、平均值及準確度。 18.實驗討論 σ 伍、詩分康熙 1 實驗步輯滿分 20 分。能完成第一耐當是點實 驗設計丟給 10 分，完成第二階段贊驗設計 者帶給 10 分。但步驟中樣品取主義、指示劑 選擇、指示無用最、煮沸與否、冷卻應用、 皮 11暫定操作...等，若暫不尊想者，親情混每 讀酌的卜2 分 c 接用 j容於7/(前後靜覽分離溶 '拍 5 分(靜室主?是仿有 CaC03 懸浮導致 效果不能) ，採烘乾院來使用總定方法來求 CaC03 含議者本105 分({更用燒杯:拱乾) 2 實驗數捧識分 15 叫 O 數、平均偕觀念、有效數字、 組每學現給心3 分。 、輸量次 3.三十算攝程滿分 15 分。兩{盟辦段的計算各 f占 7.5 分 ο 許分重點不在潛確性，百百懸在到 式、計量攝程是奇觀;全:正確。但畫筆誤(如小 數點錯蠻、數字錯抄、盤算失誤)皆只酷招 1-3 分。 4.童聲驗結果攝丹 30 分。 ，每瑣各 15 分。給分以最原始數彈( 結果)的準躍度為依據，對國對;最觀念攝 誤或首十算生誤，真可不禪讓覆扣分。 級接線，全方式，以參考答案為准， 1%的 i 分。 5.實驗討論滿分 20 分。學竟能寫上起合理而有 黨義的討論，每單環給 1-4 叫。

八十九學年度高級中學化學科能力競賽決賽實驗試題解析和評析 躍、評審錦會惡想 (6%) 操靜董濤液後，小心領析出上 層權，將上層被以第一黨讓點測出 Na2C03 含量，留下的挽灘釋說禪梭(洗溝溝有併入 上層接)以軍警酸潮出 CaCO多

(10%

)取特定麓的水將混合勢溶解 ，再敢出一定比例的上靈撥撥行第一 當量點的滴定，求出 Na2C03 含量，撥著再 敢特定盤濃合午海溶解後，以 J禽走法制出 Na2C03 及 CaC03 ，兩相對照，如 除後，求出 C在C03含量。1.ê.其中一人在濟建 Na2C03 含量時，錯選了境申醋綠為指示

(6%)

，亦是採靜董溶被後， '求得 Na2C03 量， {段時樣的，其中有 A人錯選了澳甲酷績 為指示劑。此三人未再進一步做其它鶴定。 6.有四人( 89品)完成第一當量點灘定， Na2C03 金麓，撥著插入澳甲勸綠，完成第 ，撥著算出 CaC03

(2% )取混合輯:裝縛，由 CaC03

→ CaO 十 C02 反應式，認為可以算出 CaC03 8.有三人 (4%

)

CaC03 及 Na2C03 輝、 寞耳數的測定。 (2%) 將混合物溶解錯特定體體後， 是金發濁狀態，迅速敢指特定量的梅渡完成機 續的全都聽定。他誤以為混j憲法是完全均勻 的。 從 t述的分析，可以清楚義棄自持學的解體 心路體程，也可憶測間舉主主失觀念所在。 留最明顯的例子有些聞學採靜室主後分離上層 服的解體榮路，很可能認為辛苦先以滴定方式進 ，其可鹽酸不 f堇會與 Na2C03 作用時且也會與 CaC03 反慧。黯.út他們才讓擇了這標勉為其難 的靜盤分離模式，以至於既費時又浩成了嚴重重 誤差。靜聽分離縛，因 CaC03 溶液中的微粒懸 ，且可能分{你不峙，雖繡多次潛吏，所 得數梅非常懸餘，故無法提俱有讓義的參考答 案。 從監體性的無度來統計. ，的有問%的同 呂學能做較完聽的實驗設訐。 25% 的院學 換句話說，共有的%的 。在思考過程中， 90% 的問舉著名能 正確的選用指示劑， 509毛的!可華使用到反滴

,

319毛悶響知道煮言語擺出 C02 。在數據的 矗理上，表格的設計，數蟬的呈現等科學過程 技能大都份向學;有待訓練，特別是有效數字， 注意的人並不多。 ，學生在制學知識及操作技巧上 可謂良好， {且在實驗方法的擇取別向聽不是。 就題日本身茹苦，雖然稱其難度，但詳細審觀 ，依然可以分出學生的解題 的百)

:. Acos

e

<B X

I=B → B-Acosθ 〉。 因此當 α=

90

0

'J!

U

cos90

0 口o

'

此時，分子 A-Bcosθ=0

A

28而可l

cos

t1 = 一一旦

B

2m+d

θ

2而古 +d)

cos

t1 = 一一一叫←一一一…

2m+d

θ A路線峰為直徑， f乍一半顱，溫 D 的射線與該 半禮相交的點，即是 90 度的射門角度。原但 是半圖上的圓!哥

(五)射門角度 α 的範頤

如果 θ 乞討 90? ，真可最佳射門角度是多少 度? (七承認的頁) ※誌謝: I~t次試題承筆巨華文輯、李成康、江武 雄等多位教按提供幫質意見，特此誌 言語 o

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a1

ytical

chem-此時，

cos

θ=cos90 。 己 o

'

cos

α 泛之

A-O

A

28示了37

β -0

B

21η +d (4) 中求最佳射門角度是 90 盧時的入 射角擇是梧問的! 聲 f聽來說，因為最佳對門位:置的位宜興

A

、 B 的臨大小有關，圍攏大，割 ω 角趣 小，也就是說入射角翱最佳射門角度是成反 比!鼠。〈 α<180 。 主、結論 目前的數學課程中，一再強調生活數學 ，從這餾實際的問題巾，可衍生自 一連串的問題，在揮討的攝程中可能讓學生 瞭解到生活中的數學，以及其實情混和數學 43 一 ，有助於學生更深入的體會 o

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