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普通化學實驗大學跨學門科學人才培育銜接計畫教育部顧問室補助中華民國九十九年三月I本份教材由中山大學、中央大學、中原大學、台灣大學、台灣師範大學、東吳大學化學系;嘉義大學、靜宜大學應用化學系及高雄醫學大學醫藥暨應用化學系(按筆畫排列)採用創用CC「姓名標示─非商業性」授權條款2.5版釋出，個別教材授權規範請參見各教材。IIIII序國內近年來積極推動的重大發展產業，如光電、奈米、生醫無不與基礎科學息息相關。基礎科學中的化學領域更在此三項重點發展中扮演重要的角色。教育部多年來積極輔助大學院校化學相關系所，階段性協助大學普通化學實驗室設備的改善，以期使化學系所能有足夠的設備，訓練與化學相關系所學生的實作訓練，確保學生畢業後，能在科技領域有所發揮，進而促進產業的發展。化學的領域相當廣泛，近年更與物理在光電及奈米材料領域上有相當程度的整合。如發光二極體(LED)、電子書螢幕、有機發光二極體，染料敏化太陽能電池(DSSC)，奈米科技等材料。雖然它們在化學相關系所發展，然而其物理性質，光電效率等特性，常需與物理系所、材料系及電機系等攜手合作。在與生命科學的跨領域合作層面，化學相關系所有關生物中的化學(生化)研究、生物體新陳代謝機制、合成化學實驗中的有機藥物合成等，更提供生命科學系所研究細菌、腫瘤活動所需的藥物。因此，大學時期的基礎化學實驗能力的建立，將影響往後化學系畢業生在各研發領域的表現，直接的影響我們在科技領域的技術提升。教育部有鑑於此於92至95學年度間輔助各大專院校從事『基礎科學改進計畫』鼓勵各大學化學系設計新穎、IV綠色、新進材料、藥物合成等實驗，參與的學校有台大、台師大、中央、清華、交大、中興、彰師大、中山、高醫、高雄大學、成大、東華、東海、中原、淡江…等等。期間各校就其發展方向提出化學實驗教材的改進。部分系所就普化及有機課程的內容架構重新調節，去蕪存菁，並加入新的實驗教材。部分系所則研發新穎的材料實驗例如台大的甲醇太陽能燃料電池、超導材料合成、奈米金的合成；或有機藥物實驗如台師大的阿斯巴甜合成；或環保綠色實驗如中山大學的有機實驗微量化。由東海大學林振東教授、中央大學吳春桂教授、侯敦仁教授、中原大學鄭吉豐教授、台師大葉名倉教授組成的團隊針對各校實驗的內容，去除重疊部分，選取基礎技術型、新穎、應用及生活化的實驗教材，供各化學相關系所參考使用，以提升學生學習興趣。初期已選用普化實驗31篇，有機實驗39篇及材料化學實驗9篇。各校可依教學目標、內容及設備不同，自行選擇使用。V誌謝誌謝誌謝誌謝普化、有機及材料化學實驗教材是教育部『大學跨學門科學人才培育銜接計劃-有機化學與普通化學實驗教材推廣計畫』的執行成果，感謝教育部顧問室在經費方面的支持，總計劃辦公室中央大學教務長李光華教授團隊的精心規劃與督導，教育部科技顧問室金玉堅小姐熱心的行政協助。更感謝所有提供實驗講義的各化學系所。感謝至深，特申謝忱。國立臺灣師範大學化學系教授葉葉葉葉葉葉葉葉名名名名名名名名倉倉倉倉倉倉倉倉VIVII編輯者的話教育部顧問室自民國68年成立後，在各級長官的協助下，積極推動大學基礎科學教育提升，不僅培育眾多高科技人才，也將台灣高等教育帶入國際舞台，國人的教育程度也大幅成長，相較於世界其他各國，台灣可以說是大學最普遍的地方，然而所帶來的教育程度普遍下降也是不爭的事實。如何提升教育品質，加速趕上歐美日各國，是當今刻不容緩的一項教育工作。國內化學人才培育除已有25所公私立大學化學系培育大學生外，另包括24所研究所培育碩士以上高階人才，近十年來不僅為國家高科技產業注入大量人才，也創造了國家經濟財富，然而科技是不斷的在進步，大學培育人才也是不能停頓的，而且教育必須不停的精進以符合未來需要，有鑑於此，為達到大學化學實驗實習訓練的升級，以培養學生在基礎實務操作的能力，我們凝聚了一些對大學實驗課程具有熱忱、關心的教師，回顧過去教育部顧問室補助各校改進的實驗教材及閱覽各大學目前使用的實驗教材，以【普通化學實驗】及【有機化學實驗】為領域附加基礎材料及生醫等相關的實驗教材，彙整成為兩冊，以供各大學參考使用，期盼達到資源共享的目標。VIII本項工作計畫辦公室設在臺灣師範大學化學系，分為【普通化學實驗】與【有機化學實驗】兩項教材彙整小組。於民國97年5月發函請各大學及科技大學校院提供學校所使用的實驗教材，並就自行開發或修改的實驗加以說明，以迴避版權智慧專利，歷經多次小組會議及閱覽各校所提供的教材，小組成員達成下列幾項共識，挑選優良合適採用的實驗教材：1.曾獲教育部顧問室獎助編輯的自創教材。2.學校自行開發的教材。3.實驗內容所需的儀器及材料容易購買且費用低廉。4.低污染性，且具有綠色環保教育推動的價值。5.實驗操作過程不具爆炸、燃燒、或使用高毒性材料。6.配合教學內容，原理敘述清楚，操作時間可控制在三小時以內；或分段實驗的時間在三小時以內完成。7.教材內容已在學校執行多年，且運作良好，深受學生好評。各校所提供的實驗教材或有中、英文名詞夾雜，譯名不當，或有格式不統一等等，本彙整工作小組皆在維持原意下，稍作調整，或作筆誤上的更正。雖經多次校閱，難免仍有遺漏之處，尚請閱讀者不吝來函指教。IX這份工作至今雖然暫告一段落，但各校的教材仍然不斷地在改進中，我們深深期盼各位學者先進，有新穎的教材，值得融入【普通化學實驗】或【有機化學實驗】，可供分享至各校，敬請告訴本工作團隊，我們將以電子稿轉介至各校採納使用。最後，我們非常感謝教育部顧問室的資助，【大學跨學門科學人才培育銜接計畫】主持人李光華教授的鼓勵，及各大學校院化學及相關領域教師的提供資料及建言，使得本項工作得以順利進行。編輯工作團隊編輯工作團隊編輯工作團隊編輯工作團隊—吳春桂、林振東、侯敦仁、葉名倉、鄭吉豐XXI目錄目錄目錄目錄普化普化普化普化實驗實驗實驗實驗實驗一食品中的澱粉總含量定量分析-伯特蘭法之定量方式1實驗二食品中的澱粉總含量定量分析-強酸水解澱粉-伯特蘭法定量5實驗三α-澱粉酶(α-amylose)-弱酸(稀鹽酸)水解澱粉伯特蘭法定量7實驗四生化分析-醣類分析-還原醣化學定量法9實驗五從茶葉中分離出咖啡因成分17實驗六再結晶的技術與應用-從廢鋁罐製明礬23實驗七蒸餾的技術與應用-橘皮中檸檬烯酸的蒸汽萃取39實驗八滴定的技術與應用-奶粉中鈣含量的測定47實驗九滴定的技術與應用-果汁中維他命C含量的測定55實驗十有機物的純化與分離-咖啡因的昇華與熔點測定59實驗十一有機物的純化與分離-染料的層析分離69實驗十二沉澱法的技術與應用-水中陽離子的分離與鑑定73實驗十三反應動力學碘鐘實驗-反應級數及活化能之測定81實驗十四無機合成技術的應用~金奈米粒子的合成與性質探討91實驗十五廢棄物的處理97實驗十六反應熱的測定-中和熱、溶解熱、氧化還原熱、生成熱103實驗十七胺基酸的衍生化109實驗十八以超音波震盪法在水相中合成金及鈀奈米粒子115實驗十九導電高分子聚苯胺之氧化聚合與成膜121實驗二十環狀糊精的超分子容器–一種溶劑化變色的螢光探針125實驗二十一金奈米粒子之合成及吸收光譜鑑定129實驗二十二高溫超導體的製備135實驗二十三氧化釔銪紅色螢光粉末之製備139實驗二十四利用檸檬酸鹽凝膠法製備高溫超導體141實驗二十五直接甲醇燃料電池145實驗二十六酸與鹼濃度之標定151實驗二十七金奈米粒與金奈米棒的合成155實驗二十八生化需氧量-BOD163實驗二十九水與水污染173實驗三十銀廢液中銀的回收177XII實驗三十一洗潔劑之製備183附錄附錄附錄附錄-材料實驗材料實驗材料實驗材料實驗實驗一利用溶膠-凝膠的製程自製吸附材料187實驗二以自製的凝膠吸附2-萘酚191實驗三悶燒處理之稻穀與活性碳吸附能力之比較195實驗四鈦酸鋇陶瓷粉體之備製(氧化物及水熱法)199實驗五光觸媒二氧化鈦203實驗六苯乙烯之乳化聚合211實驗七分子篩之吸附與脫附217實驗八利用溶膠-凝膠法製備二氧化鋯粉末及薄膜221實驗九超順磁氧化鐵奈米材料合成實驗2251實驗一實驗一實驗一實驗一、伯特蘭伯特蘭伯特蘭伯特蘭（（（（Bertrand））））法之法之法之法之定量方式定量方式定量方式定量方式一一一一、、、、目的目的目的目的：：：：熟悉Bertrand法之定量過程，收集使用還原糖，從裴林溶液而析出Cu2O的沉澱，溶於硫酸鎂(III)溶液中，以一定量濃度的KMnO4溶液，將已經還原後的Fe(II)給予氧化滴定，以求得Cu2O之含量。二二二二、、、、儀器與材料儀器與材料儀器與材料儀器與材料：：：：圓底瓶、離心機、加熱板。三三三三、、、、藥品藥品藥品藥品：：：：過錳酸鉀（potassiummanganate(VII)，KMnO4）葡萄糖（glucose，C6H12O6）硫酸銅（copper(II)sulfatepentahydrate，CuSO4）酒石酸鈉（sodiumtartrate，C4H4Na2O6）硫酸鐵（iron(III)sulfate，Fe2(SO4)3）四四四四、、、、實驗實驗實驗實驗步驟步驟步驟步驟：：：：1.配置實驗之適合濃度範圍之過錳酸鉀溶液。2.取少量之葡萄糖溶於水中，配成葡萄糖溶液。3.將葡萄糖溶液置入圓底瓶中，加入20mL硫酸銅溶液以及20mL酒石酸鈉溶液。4.將混合液緩慢加熱至沸騰，並持續沸騰5分鐘，此時會產生紅色沉澱。5.利用離心機分離紅色沉澱。6.以溫水沖洗，再離心。27.以冷水沖洗，再離心。8.將紅色沉澱加入硫酸鐵溶液20mL，此時溶液呈綠色。9.用配好之過錳酸鉀溶液滴定至當量點（顏色由綠變粉紅），若要計量時便要記錄用去的過錳酸鉀溶液的量。五五五五、、、、結果計算結果計算結果計算結果計算：：：：上述實驗過程中可由過錳酸鉀溶液的用量算出過錳酸鉀用量莫耳數。而由前述化學方程式總反應式可知道氧化亞銅（Cu2O）與過錳酸鉀的莫耳數之比應為5：2。所以銅的莫耳計量與過錳酸鉀莫耳計量比應為5：1。由銅的莫耳計量算出銅的對應重量後再經查照伯特蘭（Bertrand）醣類定量表（即下表），利用內插法，即可求得轉化醣（葡萄糖）重量。六、、、、資料來源資料來源資料來源資料來源：：：：國立中山大學化學系。345實驗二實驗二實驗二實驗二、、、、強酸水解澱粉強酸水解澱粉強酸水解澱粉強酸水解澱粉-伯特蘭伯特蘭伯特蘭伯特蘭（（（（Bertrand））））法定量法定量法定量法定量一一一一、、、、目的目的目的目的：：：：利用強酸水解再用伯特蘭（Bertrand）法測定食品中澱粉的含量，由於成本較低所以我們在市面購得了13種食品來測定其澱粉含量。二二二二、、、、儀器與材料儀器與材料儀器與材料儀器與材料：：：：天秤、稱量紙、廣用試紙、冷凝管。三三三三、、、、藥品藥品藥品藥品：：：：37%濃鹽酸（concentratedhydrochloricacid37%，HCl）氫氧化鈉（sodiumhydroxide，NaOH）糯米粉、太白粉、在來米粉、玉米粉、蕃薯粉、中筋麵粉四四四四、、、、實驗實驗實驗實驗步驟步驟步驟步驟：：：：1.分別秤取13種食品各約0.1g後加水30mL，再加入5mL濃鹽酸（加入後濃度變為1.7142M），加熱迴流2.5小時，冷卻回室溫後以氫氧化鈉中和（利用廣用試紙檢測），即成我們的食品樣品。2.取2.5167g過錳酸鉀加水至500mL。3.利用伯特蘭（Bertrand）法定量分析各樣品之澱粉含量。五五五五、、、、資料來源資料來源資料來源資料來源：：：：國立中山大學化學系。67實驗三實驗三實驗三實驗三、、、、α-澱粉酶澱粉酶澱粉酶澱粉酶（（（（α-Amylose））））-弱酸弱酸弱酸弱酸（（（（稀鹽酸稀鹽酸稀鹽酸稀鹽酸））））水解澱粉水解澱粉水解澱粉水解澱粉-伯特蘭伯特蘭伯特蘭伯特蘭（（（（Bertrand））））法定量法定量法定量法定量一一一一、、、、目的目的目的目的：：：：利用α-澱粉酶（α-Amylose）酵素使澱粉做初步分解，此時溶液為短鏈醣類（麥芽糖等）形成的糊精，再利用較弱的酸便可使糊精水解成葡萄糖，但因考慮到成本（因酶太貴的關係），僅在最後才會將所有食品利用