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肺活量、二氧化碳與酸鹼中和(1/3)~308課堂測試篇

在試管中裝有滴加有酚酞的氫氧化鈉溶液,利用吸管吹入口中的氣體,人呼出去的氣體有CO2,溶於水是酸性,能將氫氧化鈉的鹼性中和,而使酚酞由紅色變為無色。

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2019-10-23 07:12:57 最後編修
2017-09-26 21:36:25 By zfang
 

現在的理化課本除了既有的實驗之外,也常多了一些簡易的動手做,做為課前討論引起動機。例如:N版第四冊有個酸鹼中和小活動:『在試管中裝有滴加有酚酞的氫氧化鈉溶液,利用吸管吹入口中的氣體,人呼出去的氣體有CO2,溶於水是酸性,能將氫氧化鈉的鹼性中和,而使酚酞由紅色變為無色。』在試管中利用吸管吹入CO2的實驗不稀奇,國一生物檢驗呼吸作用呼出的氣體,也是利用相同方法觀察澄清石灰水的變化。

我很喜歡這類小實驗,但有時課本上只有簡單的文字與實驗前後的照片,如果老師們想帶學生親自操作,一些細節的部份是需要老師先試做,或是需要在教師手冊上須說明清楚的。受人之託,得在很短的時間內評估酸鹼中和小實驗的安全性與注意事項。

當天又忙科展又是正課,怎麼辦?為了節省時間,於是決定帶到課堂上操作,順便機會教育!注意:此類實驗最合適的場合還是在實驗室,清洗或準備都方便,但要移到課堂上示範也可以,但請務必注意份量,並請叮嚀學生注意安全。

*******

於是,我在實驗室以1克的氫氧化鈉配1升的水,再滴幾滴酚酞使溶液變成紅色。配好溶液後,便帶著它們來到308。

對國三學生來說,這原理可能已經會了,但親自體驗卻是不曾嘗試。請一位學生上來示範,課本圖片是在試管中裝入7~8分滿的氫氧化鈉溶液,也先請學生依樣畫葫蘆,『到底要讓紅色褪色,要吹多久呢?』


學生將吸管插入試管底,看了我一下。準備要吹了…….

卻聽他叫一聲,很快就閃開了。


地上多了一攤紅色液體……氫氧化鈉濺出來了!

『為什麼會濺出來?』問學生:『你有輕輕吹嗎?』

有時為了貪快或好玩,學生常常會吹得很猛,萬一是低著頭,是可能會被濺出的氫氧化鈉噴到臉,即使氫氧化鈉溶液濃度再低,噴到眼睛還是危險,可以的話,帶上眼鏡或護目鏡保護眼睛。嚴格的說,此試驗應用清水先進行測試,才知道在八分滿的試管中對溶液吹氣是否會濺出。錯誤的示範有時反而是機會教育,當然~所有的實驗先決條件還是安全。

請他重新試一次,一樣是裝七~八分滿,但改成輕輕吹……結果,還是會溢出。看來,不只是輕輕吹的問題。仔細觀察吸管與試管,因為毛細現象而使液面變高,加上當吸管置於底部時,吹出的氣體在細試管中形成氣泡翻滾......


當氣泡沿著試管與吸管間的縫隙上升,就會夾帶著液體噴出。

『如果將吸管移高一點,不要伸到試管底部,讓吸管口有在液面下方就好,這樣吹起來會如何?』氣泡翻湧的現象果然改善多了。


另外,也將量降為1/3~1/4試管高。

這高度是看學生吹的,由一開始的八分滿,吹幾口便只剩下1/3,而這高度就成最適合的量了。正式來,開始計時,試試我所調配的濃度大概多久會變色。吹了一陣子沒變色,學生疑惑。變色的時間也與加入酚酞的量有關,加越多酚酞顏色越紅,褪色的過程時由紅變粉紅、無色。


『同學們期盼一吹就變色嗎?』如果是這樣,就少了等待的趣味。


最後,這樣的份量與濃度比例,吹約2分鐘就會褪色。

試驗就這樣結束嗎?
看了桌上一大杯的氫氧化鈉,腦中突然閃過一個想法。這實驗也能來上反應速率吧?請學生思考,如何能讓變色速度加快?
寫在黑板上:一根試管1/3(5CC)一個人吹,要2分鐘才會變色(褪色)。這一杯960CC,六個男生吹,要吹多久呢?


除了理論計算,也來親自試驗吧!找了好幾位勇士,開始吹~


為了安全還做了加長版的吸管~

只聽到氣泡聲不斷,液面湧起巨大海嘯~
『老師,根本不會變色!』
再吹~『加油~』


實驗組的幾位壯丁已經吹10分鐘了,輪流交換好幾回合。

『老師,只剩600啦!』吹力之猛,早已讓液體濺滿桌子。
問其他學生:『有計算出來要吹多久了嗎?』臺下的學生們只顧著看好戲,根本沒有人在算!
直到下課,溶液只剩半杯500CC,仍是紅紅的......
看來,這活動肺活量要很好才行,而且氫氧化鈉越濃量越多~得吹得越久。
我宣布停止。
值日生們很快地上來收拾,英雄們已經沒力~

『到底需要多久才會褪色?』來算吧!

一根試管1/3(5CC)一個人要2分鐘。
960CC一個人需要吹192分鐘,
六個男生不間斷地吹,也要32分鐘!

一看到計算結果……六位壯丁喘了大氣。 
『還好沒要我們吹完,不然~可能要吹到斷氣!』

*******

其實,面對剩下一大杯尚未褪色的氫氧化鈉酚酞溶液還能來個共同討論,我用這種方式來複習:『要讓紅色褪色~怎麼做才能加速?』丟乾冰?加酸?汽水、酸性果汁?或者來顆發泡錠!視覺效果十足,但記得~不能喝喔!

 

關於這個實驗,有幾個注意事項要提醒各位老師:

濃度與容量:在實驗室以1克的氫氧化鈉配1升的水最容易調配,此時濃度為0.025M,pH約12~13,酚酞的變色範圍是pH8~10,其實可以更稀一點。越濃,學生要吹越久,也越危險。至於試管中要放多少?建議只能在試管內放約1/4高度的溶液,約4~5mL左右。

吸管與容器:宜使用較長的可彎吸管,可彎吸管可避免臉正對試管口。為了安全可以利用錐形瓶或燒杯,如果要讓每位學生都能操作則仍是以試管來操作。吹的時候吸管不要插入底,只要維持在液面下就可以。

地點:除非是教師示範,此實驗最好還是在實驗室進行。後續的幾個班,我會在實驗室操作,一人一根吸管與試管,再搭配澄清石灰水實驗,將二氧化碳的相關實驗一起進行。

附註:也是安全考量,建議再簡單的實驗老師也要先預作,並在實驗時注意安全,避免學生們可能在急躁或貪玩的情況下出錯,並請學生戴上眼鏡或護目鏡。

 

(之後安排四個任課班在實驗室進行此活動,每個同學自備吸管來吹,並搭配滴定管操作。活動內容與312花絮~待續。)

分類:創意教學與科學活動 2012/06/21 14:25

 

END

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我有話要說


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