微量化學實驗：電解的微量實驗 陸冠輝 國立臺中高級工業職業學校luhgh@tcivs.tc.edu.tw n  前言 化學的英文是Chemistry，如果將它拆解成Chem is try，那麼我們可以了解到化學就是一門實驗的科學，而訓練學生在科學的教學活動中獲得實作的技能是必要的。實作的過程是可以輔助學生在學習化學時更為生動化、活潑化，並且有助於知識的靈活應用。實驗課程的目的在於學生能從動手操作實驗中印證科學的原理並探索科學的問題，但是，由於化學實驗常常需要耗費大量的時間，並且老師在事前準備實驗所需的器材與藥品也經常耗費大量的體力，因此製作簡單、隨手容易取得材料且價格便宜的實驗方案，在教學上是有其必要的實質意義。 作者企圖開發電解的微量化學實驗，利用生活中容易取得的材料，且價格便宜的日常用品，做出既簡易又省時、省錢並且容易操作的電解裝置，主要在定性觀察實驗，提供給國中自然科、高中化學科及高工化工科教師的教學參考之用，讓學生有動手做實驗的機會。 n  原理和概念 電解是一種非自發性的氧化還原反應，是藉由外加電壓所產生的直流電，迫使物質發生分解反應的現象，也就是說，電解是將電能轉換成化學能的過程。電解所發生的半反應可能有很多種，以半反應電位來決定何者最可能發生。在陽極反應中，各種物質相互競爭放出電子，應考慮電極的種類、水分子及陰離子的放出電子能力，以氧化電位較高者發生失去電子（即發生氧化反應）；在陰極反應中，各種物質相互競爭爭奪電子，應考慮水分子及陽離子的獲得電子能力，以還原電位較高者發生獲得電子（即還原氧化反應）。 若以隋性電極石墨棒來電解硫酸銅水溶液（CuSO4(aq)），則溶液中含有水分子（H2O）、銅離子（Cu2＋）、硫酸根離子（SO42─）。 在陽極（正極）半反應中，有石墨、水分子及硫酸根離子相互競爭放出電子，石墨為隋性電極不參與反應，而水分子和硫酸根離子的氧化電位分別如式[1]和[2]所示： 陽極（正極）：H2O(l) → 1/2O2(g) + 2e─ + 2H＋(aq)    Eox0 = －1.229 V    [1] 陽極（正極）：2SO42─(aq) → 2e─ + S2O82─(aq)    Eox0 = －2.010 V    [2] 因此，陽極就由溶液中的水分子釋放電子，進行氧化反應而產生氧氣。 在陰極（負極）半反應中，有水分子和銅離子相互競爭獲取電子，水分子和銅離子的還原電位分別如式[3]和[4]所示： 陰極（負極）：2H2O(l) + 2e─ → H2(g) + 2OH─(aq)    Ered0 = －0.827 V    [3] 陰極（負極）：Cu2＋(aq) + 2e─ → Cu(s)     […]

可攜式微型電化學電池與電解實驗教具的製作 廖旭茂1, 2, *、林宸緯1、孫妤瑄1 1國立大甲高級中學 2教育部高中化學學科中心 *nacl880626@hotmail.com n  影片觀賞 本實驗影片由國立大甲高級中學提供。 影片網址：http://youtu.be/BP9wDPabkmM, YouTube. n  簡介 微型化學實驗隨著環保意識的抬頭，掀起了一股風潮，除實驗藥品減量、實驗廢棄減少排放外，可攜式的便利性更是教育工作者努力的目標。高中的電化學實驗課程中，無論電化學電池（electrochemical cell）或電解電池（electrolytic cell），通常會涉及重金屬鹽類的使用以及有毒廢液的排放（如基礎化學（二）化學電池的實驗中以及高三選修化學電解碘化鉀的演示實驗），加上實驗器材繁瑣，實驗準備工作往往造成老師不少的負擔。本實驗希望利用手邊容易取得，如濾紙、化妝棉、吸管以及同軸纜線等材料，製作可攜式的微型電化學教具，除達到減量、減廢並符合綠色化學原則外，更能減輕教師的負擔，落實永續教育的經營目標。 n  器材與藥品 一、器材 塑膠培養皿 1個（含蓋）、鱷魚夾的紅色與黑色導線各 1條、濾紙、1 mL塑膠滴管、珍珠奶茶大吸管、濕紙巾、金屬片（Zn, Mg, Cu, Ni）、砂紙1張、鋁箔紙（20 Ï 20 cm）、不銹鋼鐵絲、同軸纜線（約30 cm長）、三用電表、熱熔膠和熱熔膠槍 1組。 二、藥品 0.1 M硫酸鎂（MgSO4）、0.1 M硫酸鋅（ZnSO4）、0.1 M硫酸銅（CuSO4）、0.1 M硫酸鎳（NiSO4）、0.1 M硝酸鉀（KNO3）、0.1 M硫酸鈉（Na2SO4）、0.1 M碘化鉀（KI）、0.1 M的維他命C（vitamin C, ascorbic acid）、酚酞指示劑、小蘇打粉。 n  實驗步驟 一、  可攜式電化學電池裝置的組裝與測試 1.        取一張濾紙（或卸妝棉），剪成十字狀，置入一塑膠培養皿中、並將鎂、鎳、鋅、及銅四種金屬的硫酸鹽溶液3~5滴，滴加在濾紙的四個端點，接著將長約1 cm的四種金屬片，覆蓋於相關鹽類溶液上，略微緊貼濾紙。隨後將內裝KNO3(aq)的滴管，輕輕的點在兩金屬間的濾紙（或卸妝棉）上，當作鹽橋，完成微型電化學電池裝置。相關裝置示意圖如圖1所示。 圖1：在培養皿中，濾紙的四個角落放置四種不同金屬片 2.        利用三用電表的紅色和黑色測式棒，輕壓金屬片，量測兩兩金屬間的電位差。利用測量的電位差值，探討電子的流出方向以及判斷電極的正極和負極。相關測試圖如圖2所示。 […]