桃園市第61屆中小學科學展覽會 - 實驗解說篇

第61屆桃園市科展於楊梅高中熱鬧展開，今年以「創意發想，探索宇宙」為主題，吸引不少高中職、國中、國小組學生參加。這次我們參加了國小組 化學科(地雷組)的競賽。因本次活動偏長，所以分為三個篇章。

桃園市第61屆中小學科學展覽會 - 實驗解說篇

桃園市第61屆中小學科學展覽會 - 實驗篇

桃園市第61屆中小學科學展覽會 - 楊梅國中篇

我們這次的作品名稱為 - 左手香葉綠素電池之研究與開發，顧名思義就是使用左手香製作葉綠素並測量左手香電池的效能。本次實驗共有六個目的，分別為:

一、左手香是否能成為自製電池的電解液?

二、不同電極板的組合對於左手香電池發電效率之影響

三、使用不同濃度的左手香汁液對於自製發電效率之影響

四、使用不同萃取方式的左手香汁液對於自製發電效率之影響

五、將左手香汁液發酵對於左手香電池發電效率之影響

六、結合不同的添加物對於左手香電池發電效率之影響

實驗器材

實驗內容	材料	工具
目的二	左手香汁液(80%原汁) 電極板(鋅、銅、鎂鋁合金、鋁)	果汁機、三用電表、量杯、鍋子、濾網、塑膠片、棉紙、鱷魚夾。
目的三	左手香萃取汁液(70%、80%、90%)水	鍋子、果汁機、量杯、鋅片、銅片、三用電錶、濾網、棉紙、塑膠片、鱷魚夾。
目的四	酒精、左手香萃取汁液、水
目的五	左手香葉子、酒精、黑糖、酵母粉、紅麴
目的六	酒精、左手香葉片、檸檬酸、蘆薈膠、太白粉、中筋麵粉、鹽、小蘇打粉、洗米水

左手香

實驗方法

目的一、左手香是否能成為葉綠素電池的原料

在做後續的實驗之前，首先要了解左手香的種類，並確認其是否適合作為本次的實驗材料。

              一、何謂左手香

        到手香（學名：Coleus amboinicus），又名著手香、左手香、過手香、印度琉璃苣、印度薄荷。是一種具有香味的唇形科多年生草本植物，因為在植株上僅淡淡清香，當摘下葉片後，因有傷口散發香氣而得名。原產於東非和南非。

二、何謂葉綠素

        光合作用的第一步是光能被葉綠素(Chlorophyll)吸收並將葉綠素離子化。產生的化學能被暫時儲存在三磷酸腺苷(ATP)中，並最終將二氧化碳和水轉化為氧氣和碳水化合物。葉綠素a和葉綠素b的吸收光譜較為接近，兩者在藍紫光和紅光區都有一吸收高峰，葉綠素ab對綠光的吸收很少，所以呈綠色。

三、葉綠素電池的發電原理

        葉綠素電池的正負極由隔離膜隔開，其中正極由電解質製成，而負極上方則有碳棒用來通電，外部則由防水紙製成不含汞、鋰等，丟棄後將被大自然分解。於任何液體中，10秒內即能發電，沒電時放入液體10秒可重複使用。葉綠素電池中的成份葉綠素遇水會先發生解離，使葉綠素離子化，之後才進行氧化還原反應產生電流。當兩個電極之一或兩邊都沒有反應物可用，也就是進行氧化還原反應的化合物耗盡，就沒有電力了。

由上述資料可知，因為葉子需要葉綠素而光合作用，沒有光合作用植物就無法生存，可知左手香內有葉綠素，可以做為葉綠素電池的原料。

目的二、不同電極板的組合對於左手香電池發電效率之影響

一、問題說明

參考常見自製電池的電極板材質(鋅、銅、鎂鋁合金、鋁)，測試不

同的電極板組合，取得最佳電功率組合，作為後續實驗的電極板組合。

         

                      二、實驗設計

1. 操作變因﹕電極版組合(鋅-銅、鋅-鋁、鎂鋁-銅、鎂鋁-鋅、銅-鋁)

2. 控制變因：左手香汁液80g左手香葉片、20g水、電極板:長4公分寬2公分

3. 應變變因﹕測試初始及30秒後的電流、電壓共5次

三、實驗步驟

1. 取80g左手香葉片加入20g的水，用攪拌器打成80%的左手香汁液

2. 取常見的電極版實驗材料: 鋅、銅、鎂鋁合金、鋁，並設計不同的電極板組合:鋅銅、鋅鋁、鎂鋁銅、鎂鋁鋅、銅鋁

3. 將鱷魚夾的一頭連上三用電表，另一端分別接上電極板，放入80%的左手香汁液至最底部。

4. 測量每一組電極版組合電壓、電流五次後取平均值，結果為插入瞬間的最大的電壓、電流，若無法發電，則不計算，並計算電功率。

*請注意每做完一次實驗，就必須將電極版拿去沖洗、擦乾，避免生鏽。   

             目的三、使用不同濃度的左手香汁液對於自製發電效率之影響

一、問題說明    調整左手香汁液的濃度，測試發電效率是否會改變。

                    二、實驗設計及圖示

1、操作變因﹕左手香汁液濃度60%、70%、80%

2、控制變因﹕電極板組合鋅、銅

三、實驗步驟

1.取三份左手香葉片(各60、70、80克)，添加水(各40、30、20克)放進果汁機攪打並過濾。

2.分別使用三組不同濃度的電解液，每組測量三次初始及30秒的電壓、電流。

    目的四、 使用不同萃取方式的左手香汁液對於自製發電效率之影響

一、問題說明﹕在萃取方式上除了直接將葉子打汁過濾外，我們嘗試改變萃取過程， 浸泡酒精試圖使左手香汁能夠更充分被萃取出來；且透過加熱改變左手香葉的性質，嘗試提升發電效能。

二、實驗設計及圖示

1、操作變因﹕使用酒精萃取、萃取後加熱

2、控制變因﹕電解液濃度80%、電極板鋅-銅片

三、實驗步驟

A.原料前置作業

1.原汁﹕將80g葉子及20ml水榨汁備用。

 2.原汁加熱﹕將80g葉子及20ml水一起放至電磁爐上加熱30分後

             榨汁備用

 3.酒精萃取﹕使用80g的葉子及100ml酒精浸泡一小時後打汁。

 4.酒精加熱後萃取﹕使用80g的左手香及100ml酒精後放至電磁爐加熱30分。

B.自製電池功率測試

分別使用三組不同萃取方式的電解液，每組測量三次記錄電壓電流及算出平均與電功率。

目的五、將左手香汁液發酵對於左手香電池發電效率之影響

        

            一、問題說明：嘗試將原料做不同的處理，以電功率最穩定度的萃取方式取汁，加                               入發酵原料後，測量發酵作用會不會對發電效率產生影響。

     二、實驗設計

1.操作變因：黑糖、 酵母粉和紅麴各10克。

2.控制變因：以100ml酒精浸泡80g左手香汁液，並加熱30分鐘

                  三、實驗步驟：

1、以最佳萃取方式取出30克左手香汁液共三杯。

 2、將左手香汁液分別加入10公克的黑糖、酵母粉和紅麴。

                      3、等待21天，讓上述幾種材料發酵。

                      4、將發酵後的左手香汁液製成電池，每組測量三次記錄電壓電流及電功率。

目的六、結合不同的添加物對於左手香電池發電效率之影響

    

            一、問題說明：此目的是為了探討左手相電池加入不同添加物對於發電

效率之影響，使用不同類型及酸鹼度的添加物。

                    二、實驗設計                  

1、操作變因:

1. 澱粉類: 中筋麵粉、太白粉、洗米水，各取20克及80克水(1:5)

2. 酸鹼性﹕ 小蘇打粉，取3克及50克溫水(3:50); 檸檬酸， 取37克及100克溫水(37:100)

3. 鹽，取37克及100克 40°c水

4. 其他: 蘆薈膠，取10克及10克溫水(1:1)

2、控制變因:左手香汁液(電解液)浸泡酒精後加熱萃取、電極板

                     三、實驗步驟

1. 使用目的四的萃取方法進行左手香汁液萃取。

2. 將鋅片、銅片夾在以固定的鱷魚夾上(間距1cm)，並放入量杯中。

3. 使用三用電表測出其一開始和30秒後的電流、電壓3次，並計算最大電功率及算出平均值。