學習歷程 化學探究與實作-強弱之分

1. 國立新竹科學園區
實驗高級中等學校
化學探究與實作
強弱之分
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姓名：王平
班級：101
座號：14
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2. •前言
•強弱之分（一）（二）（三）
-實驗目的
-實驗器材
-實驗步驟
-實驗原理
-實驗結果
-問題討論
-實驗心得
目錄
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3. 此實驗分為三個階段，從一開始
的溶液配製，到第二階段的酸鹼
標定，以及最後設計實驗測酸鹼
，是由老師帶我們一起發想，並
經由組員間的討論，一起努力得
到的結果。以下報告分別對三個
實驗做探究與分析，並分享過程
中的困難與感想，期待從每次實
驗中都能得到不同的經驗和成長
前言
P A G E 2
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4. 利用不同用具
配製不同濃度之溶液
強弱之分（一）
P A G E 3
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5. 了解酸和鹼之特性，以及各種溶液之危險性
，加強自己在實驗室中的實作能力
01
了解如何配製不同濃度的溶液和使用分度
吸量管、安全吸球量取溶液，或配製溶液
02
實驗目的
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6. 100ml燒杯 、250ml量瓶、
NaOH 1g 、250ml燒杯、玻棒、
分度吸量管、安全吸球、量
筒、量筒的塞子、溫度計
實驗器材
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7. 1. 拿100ml燒杯並裝取一些純水，量
取1gNaOH加入其中並拿玻棒攪拌至完
全溶解。
2. 將前述之溶液倒進量瓶中並在100ml
燒杯中加入一些純水，搖一搖後再倒進
量瓶中，反覆此動作直到抵達量瓶的
250ml刻度線。（少量多次的原則）
3. 蓋上塞子，搖勻後交給老師，用於下
次實驗。
P A G E 6
實驗步驟（一）配製溶液
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8. P A G E 7
實驗步驟（二）
練習使用分度吸量管、安全吸球
1. 將安全吸球裝於分度吸量管上
2. 裝一些純水於250ml燒杯中
3. 用吸球吸取10ml的純水，並倒入100ml的燒杯中，且利用
電子秤測其重量
4. 用溫度計測得水溫為攝氏26度，且透過網路查詢查得水
在此溫度下密度約為每立方公分0.9968公克
5. 用密度、重量求得實際體積
6. 重複步驟1～5三次，求其平均值
7. 用量筒量10ml的純水，並求得其重量
8. 同步驟5，且將步驟7、8重複三次，求得平均值
9. 比較分度吸量管與量筒的準確度
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9. P A G E 8
1. 步驟一先加入純水是為了
防止NaOH潮解
2. 步驟二要反覆加水至
100ml燒杯中，是為了預防
有NaOH殘留於杯中
實驗原理
3. 步驟三的搖勻是怕下次
使用時濃度不均，影響實驗
4. 要剛好1g的NaOH是為了在
250ml的水下配製為0.1M的
溶液
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10. 實驗數據
用安全吸球與分度吸量管量測水體積
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實際水在26
度時的體積
第一次：9.57g
第二次：9.2g
第三次：9.7g
平均重量：9.49g
平均體積：9.528立方公分
分度吸量管
安全吸球 第一次：9.8g
第二次：9.75g
第三次：9.75g
平均重量：9.77g
平均體積：9.8立方公分
量筒
0.9968*10=9.968
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11. 1. 配製溶液時可能溫度上升，造成量筒膨脹，影響刻度
2. 加入氫氧化鈉顆粒時不會馬上完全溶解，須經過攪拌，
但玻棒有可能會敲碎量筒
n 若以量筒直接配製氫氧化鈉溶液有何不當？
1.人不是機器，無法精準測量
2.杯壁上可能有殘留水分沒擦拭乾淨
n 討論分度吸量管和量筒的準確度關係？
1. 在量測時有個約略值，便於實驗
2. 看起來更加的專業
3. 較精準的器具（如量筒、分度吸量管）無法用來配製溶液，
而燒杯、錐形瓶、量瓶可以，加上刻度也能輔佐實驗過程，
若有一疏失不小心多加或少加什麼東西，能夠立刻判斷出來
n 如果已知燒杯和錐形瓶的刻度是不準確的，
那麼為何他們仍要有刻度？
問題討論
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12. 在第一個實驗前，老師講述了多個利用化學藥劑（如王水、硫酸、氟氫酸......）
來傷害他人的社會案件，這警惕了我們做實驗時務必要做好防護措施，不能不
小心觸碰到，且實驗中運用到許多國中所習得的觀念（潮解、器材使用...），
並加以活用，讓我們更熟悉化學的基礎，更熟悉器材的用法，也創造了一個學
習分工的機會，此經驗實為難得。
下一個小實驗中，首次使用到沒聽過的器材，感到十分新奇，可能也因為不熟
悉的原因，這次實驗讓我深刻理解到人做實驗通常會有誤差，當然除了人為的
誤差以外，不同器材之間的精準度，也影響到此實驗的數據，希望未來能夠增
加自己的實作能力，在每次實驗中都能求得最好，最清晰的結果。
實驗心得
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13. 利用KHP標定氫氧化鈉
溶液，再利用氫氧化鈉
滴定HCl
強弱之分（二）
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14. 練習如何用KHP標定氫氧化鈉，在國中階段
從未聽過KHP標定，希望透過這次練習，
學習到更多判斷酸鹼之技巧
01
熟悉滴定的原理及技巧，透過每次的
實驗，累積經驗增加自己的能力，以
減少實驗過程中造成的誤差
02
實驗目的
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15. 滴定管、滴定管夾、滴定
管架、錐形瓶*3、安全吸
球、100ml燒杯*1、漏斗、
玻璃棒、秤量紙、分度吸
量管
實驗器材
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16. 0.4g KHP、100ml NaOH、
酚酞指示劑、KHP、
10ml A酸 (未知溶液)、
10ml B酸 (未知溶液)
實驗藥品
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17. 定義
使用溶液前施以
濃度校正
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標定定義
恰好變色並維持
數秒時
滴定終點
學名為鄰苯二甲酸氫鉀
⇒為「一級標準品」
⇒純度高、穩定性佳、易取
得、反應快
KHP
酸可釋放的 [H+] 等於
鹼可釋出的 [OH-] 時
即為「當量點」
當量點
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18. 1. 準備三種溶液
- 甲溶液 ：0.2g KHP加入熱蒸餾水中，
再加1~2滴酚酞指示劑。
- 乙、丙溶液 ：用吸量管將A、B酸取
10ml後，分別到入兩錐形瓶中，再加
1~2滴酚酞指示劑。
2.利用 NaOH 開始滴定，剛加入時會呈
粉紅色，但搖晃均勻後會變回無色，因
此，需繼續滴定。過程中變色速率會愈
來愈快，之後加入 NaOH 的量要漸減，
避免超過準確值。
P A G E 1 7
實驗步驟 – 標定＆滴定
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19. P A G E 1 8
實驗步驟 – 標定＆滴定
當溶液變為粉紅色且搖晃後再也變不
回無色時，記錄此過程總耗費 NaOH
的量。
甲、乙、丙三種溶液皆須至少做兩次
再求其平均值。
利用記錄下來的數值帶入公式計算
- CM (NaOH)(甲)
- CM (A)(乙)
- CM (B)(丙)
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20. P A G E 1 9
滴定：
利用已知 pH值的酸 / 鹼溶液放
入滴定管去滴定一個加入酚酞指
示劑的未知 pH值溶液，觀察顏
色變化情況以確認是否中和，再
用已知 pH值溶液的消耗量去代
入公式計算未知溶液濃度。
實驗原理
酚酞指示劑：
酸為無色；中性及鹼性為粉紅色。
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21. 實驗紀錄數據
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以KHP標定氫氧化鈉數據
以氫氧化鈉滴定HCl之數據
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22. 純度高、穩定性佳、易取得、反應快、高溫時易溶於水
n 為什麼要以一級標準品「KHP」標定 NaOH溶液？
「少量多次」原則，加入少許 NaOH然後傾斜並慢慢旋
轉滴定管使溶液確實流過各處，此動作將重複數次，目
的為避免滴定管內有水滴或其他殘留物、雜質進而影響
溶液量值 (如濃度、體積) 的準確度。吸量管、滴定管
皆須潤洗
n 何謂「潤洗 (rinse)」？滴定管、分度吸量管、
錐形瓶，這三個玻璃器材和者需要潤洗？
問題討論
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23. 當接近當量點時，pH值得變化會非常迅速，甚至可能直
接從 pH 2 跳到 pH 12，其變化範圍包刮了酚酞的變色範
圍 (pH 8.2~pH10.0)，固可用酚酞測量
n 酚酞指示劑的 pH 值變色範圍為 8.2 (無色) ~
10.0 (紅色)，那麼以 NaOH 水溶液滴定鹽酸達當
量點時 (pH 值=7) ，為何仍選擇使用酚酞指示劑？
不能，已知 A、B酸為不同解離度的強、弱酸滴定同濃
度的 A、B酸要的 NaOH的量差不多。因為雖然 H+ 和
OH- 中和後，酸還是會持續解離。
n 酸鹼滴定能否判斷是強酸還是弱酸？為什麼？
問題討論
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24. 利用什麼方法可以鑑別同濃度的鹽酸 (強) 與醋酸 (弱) ？
小組討論
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利用燈泡的亮度強弱判斷強弱酸
定性
利用安培計數值判斷強弱酸
定量
原理：
利用溶液電解形成通路，由於
強酸與弱酸的解離程度不同，
因此溶液導電度也會不同。而
強酸的解離程度高，導電度也
會較高，使電流增加，燈泡更
亮
原理：
利用溶液電解形成通路，由於強
酸與弱酸的解離程度不同，因此
溶液導電度也會不同。而強酸的
解離程度高，導電度也會較高，
使電流增加，即可利用兩溶液分
別於安培計測得的數值比較其大
小關係
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25. 小組組員自行設計一個定
性和定量的方法，來判斷
鹽酸(強酸)和弱酸(醋酸)
強弱之分（三）
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26. 瞭解如何實作定性與定量的實驗，並在實驗
過程中探討其差異
01
增加組員間的默契，因為此次實驗是完全由組
員自行設計的，藉由彼此之間的討論，共同做
出來的實驗
03
實驗目的
P A G E 2 5
熟悉酸與鹼的特性，以及學習如何測量酸鹼度
02
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27. 定量：1M HCl 100ml、1M
CH3COOH 100ml、300ml 燒杯*2、
碳棒*2、木夾*2、鱷魚夾*4、直
流電源供應器、安培計
定性：300ml 燒杯*2、碳棒*2、
木夾*2、鱷魚夾*4、直流電源供
應器、燈泡、燈座
實驗器材
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28. 定量與定性皆為鹽酸、醋酸
1M HCl 100ml
1M CH3COOH 100ml
實驗藥品
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左圖以及上圖為
醋酸與鹽酸實驗時的照片
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29. 1.將電路按照上圖接好
2.將電壓調至10V 並觀察其變化
3.關閉電源，將碳棒取出後以純水
沖洗並擦乾
4.將碳棒放入裝有1M CH3COOH
100ml的燒杯中
5.將電壓調至10V並觀察其變化
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實驗步驟 –定性
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30. P A G E 2 9
實驗步驟 – 定量
1.將電路按照上圖接好
2.將電壓調至10V 並觀察其變化
3.關閉電源，將碳棒取出後以純水
沖洗並擦乾
4.將碳棒放入裝有1M CH3COOH
100ml的燒杯中
5.將電壓調至10V並觀察其變化
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31. P A G E 3 0
定性：
1. 利用強弱酸之「解離程度」不
同，而影響「導電性」使兩者
電流大小不同
2. 以純水清洗碳棒是為了避免影
響下一杯溶液之濃度
3. 導電性增加，則燈泡亮度增加
4. 電解鹽酸時，需保持通風因為
會產生氯氣
實驗原理
醋酸
鹽酸
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32. P A G E 3 1
定量：
利用強弱酸之「解離程度」不同，
而影響「導電性」使兩者電流大
小不同
以純水清洗碳棒是為了避免影響
下一杯溶液之濃度
碳棒能導電促使溶液電解
實驗原理
醋酸
鹽酸
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33. 實
驗
結
果
紀
錄
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HCl CH3COOH
安培計單位 5000mA 50mA
實測電流 550mA 6mA
冒泡程度 劇烈 不明顯
未通電前的照片 鹽酸通電後的照片 醋酸通電後的照片
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34. 我們試著把電壓升高（最高達50V），看能否使燈泡亮。
因此我們額外設計實驗得出至少需要100毫安培才能使
燈泡發亮。結論是實驗室的直流電源最高供電壓只有
50V，導致最後不足以產生能使燈泡發亮的電流
n 燈泡實驗中，醋酸組燈泡不亮無法比較兩者酸度
差異，我們要如何讓實驗清楚測量HCl和
CH3COOH的酸度？
除了觀察燈泡以外，可以觀察其他變化更明顯的應變變
因，例如：觀察碳棒旁的氣泡量，或者把碳棒換成銅棒、
鋅棒等其他能導電的物質，看是否能影響實驗的結果
n 實驗還能如何改良？難易度如何？
問題討論
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35. 此次實驗，是首次從設計到問題討論皆由我們自行發想、構思並理解各組
員相異的觀點，再加以融合，產出了令我們四位皆相當滿意的結果。尤其
是最後的問題討論，我們發現了一些盲點並加以實驗證明，這個過程是我
們從未接觸過的，因此我們的討論也更加熱烈，只為求得最廣為大家所接
受的理論，此經驗可說十分寶貴。未來希望我們能朝問題討論的方向研究，
並且把所有實驗做得更加精細，減少誤差，增加實驗結果的可信度。
經過這些不同階段的實驗層層遞進，我們學到如何把一個實驗做到透徹，
看似簡單的酸鹼分析，竟然能衍伸出諸多討論，或甚至組員間的爭執，希
望我們能從這些經驗中吸收經驗，在未來每個實驗中，都能做出更精闢的
觀察討論，更清楚的數據，更通徹的結論。
實驗心得
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