臺北市立弘道國中奧林匹亞化學實驗課程: 4月 2012

2012年4月29日星期日

2012.04.28 課程紀錄：無機化學概論

不管是在市面上還是學校當中，大家都對有機化學比較了解，但是，也別忘記，除了有機化學之外就是無機化學的領域了，無機化學的範疇可能比我們想像的還要廣泛喔！今天，就是由師大化學系吳學亮助理教授，來向大家介紹何謂無機化學，無機化學有什麼用途！

還記得老師問的第一個問題是什麼嗎？「請問這個同學身上，哪裡沒有化學?!」其實，我們都知道化學和生活息息相關，那為什麼我們又要將化學分成四大類呢？分別為：有機化學、無機化學、分析化學、物理化學，在這四類當中彼此之間的領域之中都是關係密切的，只是用不同的方向來解釋"現象"的產生，今天，我們將帶大家進入無機化學的角度，看看無機化學帶給了這世界多麼不一樣的色彩。

1. EDTA

乙二胺四乙酸，是一種有機化合物。它是一個六齒配體，可以螯著多種金屬離子。它的4個酸和2個胺的部分都可作為配體的齒，與錳（II）、銅（II）、鐵（III）及鈷（II）等金屬離子組成螯合物。( 按我參考資料來源一 )
EDTA就像是螃蟹的兩隻大螯一樣，可以將金屬緊緊地固定在中間，形成"一團"分子，也是因為這樣的效果可以當作"誤食重金屬的解毒劑"，如同老師舉的例子一樣，當EDTA將重金屬固定之後，重金屬便不會和人體汁中的蛋白質結合，如此一來，也就可以減輕被人體吸收的危害，也容易溶於水中(因為人體含有約70%的水分)，方便代謝排出人體！

2.N₂O

一氧化二氮（Nitrous oxide），無色有甜味氣體，又稱笑氣，是一種氧化劑，在一定條件下能支持燃燒，但在室溫下穩定，有輕微麻醉作用，其麻醉作用於1799年由英國化學家漢弗萊·戴維發現。( 按我參考資料來源二 )
N₂O早期被用於牙科手術的麻醉，現用在外科手術和牙科其麻醉和鎮痛作用。而被稱之為「笑氣」是因為吸入它會感到欣快，並能致人發笑。需要注意的是，一氧化二氮是一種強大的溫室氣體，它的效果是二氧化碳的296倍。

3.順鉑

是一種含鉑的抗癌藥物，即順式-二氯二氨合鉑(II)，棕黃色粉末，屬於細胞周期非特異性藥物，對肉瘤、惡性上皮腫瘤、淋巴瘤及生殖細胞腫瘤都有治療功效。它是一大類鉑類藥物中最早被合成的一個，結構最簡單且作用機理明確，它的發現又導致了其他抗癌藥物的研製，包括卡鉑、奧沙利鉑、奈達鉑及賽特鉑等。( 按我參考資料來源三 )
這一個藥物對於癌症可以說是最後一道防線，因為，它並不會區分哪一個是好的細胞，那一個是癌症細胞，它會有效率的將DNA破壞，達到目的，同樣的會造成正常細胞的損傷，者也是他最大的副作用。現在，有很多的科學家正在研究可以區辨癌症細胞的新藥物，以降低期的副作用！達到準確且有效率的達成任務！

以上三個大約是老師介紹無機化學當中，有趣且廣泛的部分，其實無機化學真的和我們的生活緊密連接程度不亞於有機化學，只是在於我們熟不熟悉囉！

[圖1,1] 管老師介紹吳學亮老師

2012年4月14日星期六

2012.04.14 課程紀錄：維他命C的滴定與濃度計算

維他命C在大量的在飲料和食品當中時常被拿來當作"健康加分"的最佳佐證(這會是真嗎？)，大家有沒有懷疑， 維他命C的含量是怎麼測量出來的呢？在經過這幾次的課程之後，一定要讓自己沒有出思考問題的能力喔！很多事情都是可以使用科學的方式來解答你們的問題，像是這一次的題目就是一個最適合用在幾個禮拜前的所學氧化還原，來解決喔！

維他命C是一個強還原劑的物質(還原劑作用：還原別人，氧化自己)，因此我們可以利用這一個的特性將它檢驗出來，大家還記得嗎？第一次上課所介紹的碘分子( I₂)是一種強氧化劑會自身氧化還原成碘酸根離子( IO₃^-)與碘離子( I^-)( 按我見參考資料一 )，我們可以利用這樣氧化還原的搭配而檢驗出維他命C的含量，當然別忘記還要加上澱粉當作指示劑！不然一切的滴定就功敗垂成拉~

[圖1.1] 阿管老師先向大家介紹有關於維他命C的時事新聞。

2012年4月13日星期五

2012.04.14 課程預告：維他命C的滴定與濃度計算

又過了一個禮拜，這次我們氧化還原的單元要進入尾聲囉！在最後一次氧化還原的課程當中，我們一樣要使用氧化還原的技巧來測量「維他命C」的含量，在做實驗之前，一定要對於原理以及藥品有所認識，搭配著講義上的實驗流程，當親自操作實驗的時候，才知道自己在做哪一些步驟喔！

原理：
一、氧化還原
主要是因為氧化還原的關係，我們可以就由 維他命C 是一種很強的化學還原劑，會

將碘分子還原的現象，來將維他命C定量的動作。而我們要觀察的重點是，會加入「澱

粉指示劑」當做是否到達滴定終點的依據。

二、氧化還原滴定

其實，氧化還原滴定和酸鹼滴定操作上的概念是差不多相同，只是實驗的原理的不同而

以，我們可以藉由指示劑變色來判斷是否已經到「滴定終點」，而藉由之間的體積關

係來算出想知道的資訊。以此實驗而言，當我們的指示劑(澱粉)變色(藍紫色)時，表示

有碘分子產生了，已達滴定終點，立刻停止滴定，紀錄所使用的體積，以1:1的比例計

算出維他命C的莫爾數(mole)！( 按我見補充資料一 )

藥品：

一、碘分子溶液 (化學式：I2 )

碘在常溫下是紫色的固體，並會釋放出紫色的氣體。碘會昇
華，即是說碘在常壓下並沒有液態，會直接由固體轉化為氣
體。

是在1811年被伯納·庫圖瓦（Barnard Courtois）在製造硝酸鉀
時發現的。碘分子在酸性環境中比較穩定。
( 按我見補充資料二 )

二、維他命C (化學式：C6H8O6)

維生素C（英語：Vitamin C，又稱L-抗壞血酸）
是高等靈長類動物與其他少數生物的必需營養素
。抗壞血酸在大多的生物體可藉由新陳代謝製造
出來，但是人類是最顯著的例外。最廣為人知的
是缺乏維生素C會造成壞血病。

抗壞血酸是強還原劑，當它進行作用時，會轉化
為它的氧化形式為左式脫氫抗壞血酸。左式脫氫
抗壞血酸經由體內的酶和穀胱甘肽可回覆至活性
的左式抗壞血酸的形式。左式光抗壞血酸是一個與葡萄糖相似的弱糖酸結構，能夠很自
然的使氫離子附著上去而形成抗壞血酸，或是附著金屬離子，形成抗壞血酸礦物質。
( 按我見補充資料三 )

以上就是在進實驗室之前要先清楚的一些觀念喔!!!大家一定要熟悉喔!!

天氣越來越熱，別忘記，一樣要帶實驗衣、穿長褲還有穿包鞋喔!!!!
如過大家對於市售飲料的維他命C的含量很好奇的話，也可以買來鑑定一下喔！

2012年4月1日星期日

2012.03.31 過錳酸鉀還原成不同氧化態的錳離子

經過了上一個禮拜介紹了氧化還原的意義之後，今天我們要開始進入實際操作氧化還原試驗的過程喔！我們可以藉由某些物質擁有多種氧化態的特性，可以來觀察各種氧化態的顏色變化和不同，例如：錳、鉻，者兩種元素都有多種的氧化態，也都各自有屬於自己的顏色，而這些不同的氧化態形成是因為在不同條件之下(酸鹼性)，就會產生不同的氧化態。這次就是使用"錳"，來讓大家感受一下。

以下就是我們在各個條件(酸鹼性)之下的反應方程式，也可以藉由觀察反應方程式來判斷自己做實驗的結果是否正確喔！

1.在酸性溶液中錳離子由+7變成+2，溶液由紫色變無色，反應式如下︰

2MnO₄^-_(aq)+5HSO₃^-_(aq) +H⁺(aq)→ 2Mn²⁺_(aq) + 5SO₄^2- _(aq) + 3H₂O_(l)

(紫色) (無色)
2.在中性/弱鹼性溶液中錳離子由+7變成+4，溶液由紫色變棕色，反應式如下︰

2MnO₄^-_(aq)+3 HSO₃^-_(aq)+ OH^-(aq)→ 2MnO₂ _(S) + 3SO₄^2- _(aq) + 2H₂O_(l)

(紫色)(紅棕色)
3.在鹼性溶液中錳離子由+7變成+6，溶液由紫色變綠色，反應式如下︰

2MnO₄^-_(aq)+ HSO₃^-_(aq)+ 3OH^-_(aq)→ 2MnO₄^2- _(aq) + SO₄^2- _(aq) + 2H₂O_(l)

(紫色)(綠色)

大家可能會發現，為什麼K⁺(鉀離子)、Na⁺(鈉離子)在我們加入的反應物中，為什麼卻沒有出現在反應方程式中呢？是因為這兩個離子都不會參與反應，稱之為「旁觀離子」(角色就像是路人一樣，沒有功能)，因此就不再把他們寫進去方程式，讓方程式看起來乾淨一些，顯現出真正反應的過程就好囉！這樣的方程式我們稱之為「淨離子反應方程式」。

[圖1.1] 今天新發的實驗衣，快快穿上！來做實驗囉~

[圖1.2] 別忘記還要戴上護目鏡，這樣才會保護到眼睛喔~

[圖1.3] 龐老師正在替大家介紹這次使用的藥品和器材。

[圖1.4] 將KMnO₄ (過錳酸鉀)將分裝到四個錐形瓶之中，也可以觀察一下他們的顏色

[圖1.5] 分別配置好條件之後，再加入NaSO₃(亞硫酸鈉)，經過搖晃以及時間之後，
會發現產生了顏色的變化，也就是不同氧化態的猛離子產生了！

經過龐老師的示範之後，我們也可以藉由最上面提到的反應方程式來檢視我們做的實驗是否和科學家預測的相同！

[圖1.6] 這就是我們今天的主角：KMnO₄ (過錳酸鉀)
錐形瓶超大的吧!!!這是因為配藥及容量的需要!
因此實驗前選擇好器材也是很重要的~

[圖1.7] 分別是在製造條件的藥物 NaOH (氫氧化鈉)、H₂SO₄(硫酸)

※條件只是提供反應所需要的環境(酸鹼性)，而不會在加入條件之後就反應喔！我們還是需

要 " 還原劑:NaSO₃^- (亞硫酸鈉)" 的加入會反應喔！

[圖2.1] 開始取藥囉!!這次藥品很多，大家取藥時依定要清楚自己取的是什麼喔！

[圖2.2] 相同的，在拿取條件的藥劑時，也要清楚到底是那一樣喔~

[圖2.3] 如果拿錯了條件的藥劑，結果是做不出來的！

[圖2.3] 當反應物和條件都已經調配好之後，就可以開始實驗了！

[圖2.4] 沒錯，就是要在加入還原劑之後要先搖一搖喔！讓他們充分反應
替他們爭取空間和時間喔！

[圖2.5] 再仔細的觀察反應得結果！

[圖2.6] 有同學已經做出來滿清楚的結果囉~

[圖2.7] 大家可以稍微看一下第二杯(中性/弱鹼性)
可能大家會問說為什麼有奇怪的東西飄在裡面，不要驚慌，那就是MnO₂

[圖2.8] 做完實驗之後，要記得觀察和討論剛剛在操作實驗時所發生的情況喔！

[圖2.9] 龐老師正在替大家回答問題，很厲害喔！都有專心在抄筆記和聽課！

在這個實驗當中，可以說的東西好多好多，不僅僅於只有氧化還原的反應，還包含了競爭反應以及解離反應等等的化學細節內容，如果同學有觀察到或是有任何疑問，請盡快找老師討論來解決你的疑惑喔！

接下來第二個實驗，是要和大家討論，關於化學的起源「煉金術」，你們相信嗎？我們可以將你手上的硬幣變成金幣，你相信嗎？希望你可以帶著半信半疑的心態一起和我們當一次煉金術師吧！體驗一下，為什麼在古老的時代，鍊金術師的威力以及令人著迷的地方！

[圖3.1] 由本世紀偉大的煉金術師~龐大師來傳授這樣的技巧！

[圖3.2] 快!!!拿出你們的銅幣!!讓我們一起變成金幣吧!!!

[圖3.3] 放進鍋爐裡面開始練金囉~

[圖3.4] 奇怪... ...怎麼是銀色...不是金色呀!??!

[圖3.5] 喔~原來還要燒一下喔!!!你看~金幣快出來了~

[圖3.6] 快!!放進水裡~金幣就出現囉~

[圖3.7] 如果你一時分心...擬就會發現....會從金幣變成........黑幣!!

呼~當完了一次的煉金術師，該會來認真地回復我們的本質「化學家」！大家可以想一下這樣的原理和化學有什麼關係呢？

沒錯！就是氧化還原反應有關係！在鍋子裡頭裡面的神祕溶液就是 "NaOH_(aq)(氫氧化鈉溶液)&Zn_(s)(鋅粉) " ，這樣一來將銅幣放進去神秘溶液中，就會因為氧化還原的因素，使得鋅粉吸附在銅幣上成為銀幣啦！化學反應式如下：

1.神秘溶液中的化學反應式：

NaOH_(aq) + Zn_(s) → Na2ZnO2_(aq) + H2_(g)

2.將銅幣放入產生金幣的化學反應式：

Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)→Cu²⁺ +Zn_(s)

以上從銅幣變成金幣就是氧化還原的反應，那從銀幣變成金幣呢？這一個步驟就不是氧化還原反應囉！這是一個固體和固體之間的反應：合金的製作，因為在加熱的過程當中，使得銅與鋅呈現熔融狀態，形成銅鋅合金，也會因為銅鋅合金之中比例的不同，而造成顏色的不同(會感覺越來越金)，請抓準時間，將金幣放入水中降溫！就完成煉金術師的工作囉~

如果，有一位新手煉金術師，還沒學會師傅的技術就自行的操作，抓不準時間，將金幣在火焰上烤久了一點... ...後果... ...當然就是成為一枚~黑幣！也就是原本的銅氧化成氧化銅~