綠色化學創意競賽： 光華高中學生改良電解水實驗方便觀察離子移動 陳恆毅*、陳怡仁、周育柔、陳冠綺、林千程 臺南市立光華高級中學 *yiyi945@gmail.com n  參賽緣由 自從我（通訊作者）從事教職以來，引導學生將所學知識應用在實驗上，就是我的教學理念之一。為此，即便課務繁忙，我仍積極帶領學生組隊參加各項科學競賽，包括遠哲科學趣味競賽、化學創意闖關比賽、思源科學創意競賽、科學展覽等。每次學生參與科學競賽，我指導他們親手設計並操作實驗，並針對實驗過程所遇見的各樣問題找出解決之道，這正是影響學生未來的重要能力，絕非紙筆測驗所能達成！ 某次看到綠色化學創意競賽的宣傳海報，對於結合化學和環保的概念感到相當有趣，於是找了幾位高二多元智慧班的學生進行討論，並決定要設定題目來進行研究。學生很有意願接受挑戰，同時我們也覺得這是一個很有意義的活動。從一開始的實驗取材我們就選擇天然材料，並且以可以重複使用的設備作為實驗器材。如此，綠色環保的口號，便能在生活和教學中落實。 n  激發學生潛能 此次參賽的學生來自光華高中的特色班級—多元智慧班，在一般的學業課程之外，另有特色課程「自主學習」、「數位學習」、「創意課程」，課程以專題導向式學習為基礎的學習（project-based learning, PBL）方式進行，故能激發學生的學習潛能，使入學成績PR值不如明星高中的學生，仍能在各項競賽與全國好手同台。這次，綠色化學組隊的學生能和全國名校學生一起切磋學習，甚至一起上台領獎，對學生來說是很重要的一次成功經驗。 我在帶領學生過程中有很深的感觸，如果老師能看到學生課業以外的多元能力，並給予學生機會、養分，學生會有自主積極的學習行為，不但在多元智慧班的自主課程時間進行實驗，還願意主動利用自己晚上跟假日時間留校把實驗完成，在這當中也學習到時間管理的重要性。一開始雖然要花以較多時間帶領學生去討論、設計實驗、注意實驗安全等等，不過只要學生學習到這套科學方法，之後就可以自己設計實驗、購買材料、配製藥品、進行實驗、結果分析…。看到學生能在動手做科學上獲得成長與成就，常常對自然科學產生更大的興趣，就會對這些學科花更多時間去研讀，另一方面學科成績上也有顯著的進步！看到學生除了在自然學科成績上有所成長，更對動手做實驗有實務的經驗，我覺得這才是完整的科學教育，能讓我有更多的能量與熱情再去帶領學生學習！ n  設計理念與改良 一、  得獎作品 l   作品名稱：觀察離子移動情形—以紫色高麗菜為指示劑改良電解水實驗。 l   參賽學生：周育柔、陳冠綺、林千程；指導教師：陳恆毅、陳怡仁。 l   得獎名次：高中組綠色化學（減毒減量）創意競賽銅牌獎。 二、  設計理念 高中的化學實驗課程中介紹到電解水實驗，電解時觀察正極產生的氫氣和負極產生的氧氣；之後分別取出兩極附近的液體，再以酸鹼指示劑（石蕊試紙、酚酞指示劑、廣用指示劑…）檢驗其酸鹼性。不過此作法只能知道靠近兩極端的酸鹼性，並無法觀察到離子移動的狀況。我們希望設計一種可以觀察電解水時離子移動狀況的實驗！ 在實驗器材和藥品方面，我們希望使用的是對環境沒有汙染的紫色高麗菜當作天然酸鹼指示劑，洋菜粉用來當作水溶液瞬間「凍結」起來的材質，導電材質是可反覆使用的惰性電極—石墨！本實驗所使用的器材都是日常生活用品在超商中就可以買到，而且操作簡單，試藥用量甚少，不具危險性。本實驗能達到教學的實驗目的，並符合綠色化學原則，落實永續教育的目標！ 三、  涉及的原理和概念 常見的電解水實驗，如圖一所示：電解的產物在陽極（+）產生氧氣且周圍的液體呈現酸性，如[1]所示；在陰極（–）產生氫氣且周圍的液體呈現鹼性，如[2]所示。 陽極（+）：2H2O(l)→ O2(g) + 4H+(aq) + 4e–    [1] 陰極（–）：2H2O(l) + 2e–→ H2(g) + 2OH–(aq)    [2] 圖一：常見的電解水裝置 利用天然的紫色高麗菜汁作為指示劑，高麗菜汁加到煮沸後的洋菜粉溶液，菜汁和洋菜粉溶液混合成果凍狀的固體，在此狀況下，混合的溶液不會再流動；陽極電解時產生的H+會往陰極移動，陰極電解時產生的OH–會從往陽極移動，由指示劑的顏色可觀察到兩者會在中間相遇；依果凍狀的菜汁顏色改變，透過紫色高麗菜的顏色與酸鹼值對照表（見表一），很容易得知電解水過程中的酸鹼值變化，如此即可觀察水中H+、OH–移動的狀況。 表一：紫色高麗菜的顏色與酸鹼值對照表 pH 1-2 3 4 5 6 […]