自制酒精测试剂

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1、自製酒精測試劑一、研究動機：每天打開新聞報導，均有酒後駕車的肇事事件，而執勤的警察利用酒精測試器來測試駕駛人員的酒精濃度，剛好在理化課本的第十章，提到有關酒精的測試問題，於是便展開我們的興趣研究，是否有其他的方式來製作簡易的酒精測試器呢？二、研究目的：1. 利用課本提到的二鉻酸鉀來製作簡易的酒精測試器.2. 利用過錳酸鉀在酸性、中性及鹼性溶液中具有不同的還原及氧化能力，來製作簡易的酒精測試器.三、相關資料查詢：1. 二鉻酸鉀加濃硫酸能將乙醇氧化成乙醛，二鉻酸鉀根離子本身還原成3價鉻離子 ( Cr3+) ，利用橘紅色變綠色來檢測乙醇 .反應式： Cr2+ 8H+ 3 C 2H5OH 2 Cr3+

2、3CH3CHO+7H2O2O72. 過錳酸鉀加濃硫酸能將乙醇氧化成乙酸，過錳酸鉀根離子本身還原產生 2 價錳離子 ( Mn 2+ ) ，顏色由紫紅色變成無色，來檢測乙醇 .反應式： KMnO4 + C 2H5OH +H+ Mn2+ + CH3COOH + H2O3. 過錳酸鉀在中性溶液中能將乙醇氧化成乙醛，過錳酸鉀根離子本身還原產生 MnO2沉澱，來檢測乙醇 .反應式： KMnO4 + C 2H5OH MnO2 + CH3 CHO12-4. 過錳酸鉀在鹼性溶液中，過錳酸鉀根離子的本身氧化成MnO4 ( 綠色 ) ，來檢測乙醇 .反應式：KMnO-2-+ OH+C HOH MnO42545. 因

3、法令規定，在檢測呼出的氣體中，乙醇濃度含量在每公升0.00025g及 0.00055g 時有不同的處罰，因此我們朝向這2 個方向來研究及討論 .我們查得乙醇的飽和蒸氣壓如下：溫度 ( )-31.3-2.319.034.9蒸氣壓 (mmHg) 11040100假設乙醇為理想氣體，我們測出所呼出的氣體總體積約為400ml，而我們的體溫約為 37，則P = 100mmHg . V = 0.4 L . R = 62.4 T = 273 + 37PV = nRT . W 0.1mg 0.0001g在呼出的氣體中，乙醇0.00025g/L 及 0.00055g/L 相當於我們呼出氣體的總體積約為 400m

4、l，換算得 0.0001g/400ml 及 0.00022g/400ml.四、實驗器材：1. 器材：試管、試管架、燒杯、安全吸球、pipette 、分光度計、玻璃棒、parafilm 。2. 藥品：乙醇、濃硫酸、氫氧化鈉、二鉻酸鉀、過錳酸鉀。五、實驗步驟：2實驗一： 利用過錳酸鉀溶液和濃硫酸的混合溶液檢測乙醇1. 準備 10 支試管。2.每支試管裝入約2ml 的酒精溶液後，再用parafilm 將試管密封不漏氣，置於恆溫槽中，溫度設於38，為確保蒸氣壓能達到飽和，試管均於實驗前一天備妥，靜置一晚。3. 配製 0.05M、0.1M、0.2M、0.3M、0.4M 的過錳酸鉀溶液。4. 取 10 支

5、試管編號 (1)(10)，加 0.05M 的過錳酸鉀 5ml 於各試管中。5. 試管 (1)(10)依序加入濃硫酸 ；0.05ml、0.10ml、 0.15ml、0.2ml、0.25ml、0.3ml、0.35ml、0.4ml、0.45ml、0.5ml。6. 用注射針筒吸取 38飽和的乙醇蒸氣 10ml，再吸取空氣 10ml 將之稀釋成20ml 的混合氣體。7. 將與空氣混合好之氣體，再用注射針筒將氣體注入上述過錳酸鉀與濃硫酸的混合液中，觀察並記錄之。8. 取 0.1M、0.2M、0.3M、0.4M、0.5M 的過錳酸鉀重覆上述步驟 (2)(5)。結果：有產生顏色變化者記為，沒有顏色變化者記為X

6、3過錳酸鉀濃硫酸0.05M0.1M0.2M0.3M0.4M0.5M0.05mlXXXXXX0.10mlXXXXXX0.15mlXXXXXX0.20mlXXXXXX0.25mlXXXXXX0.30mlXXXX0.35mlXXX0.40mlXXX0.45ml0.50ml濃度較高的過錳酸鉀在測試低濃度的酒精時，觀察紫紅色的變化並不明顯，作顏色色差的判斷時不是很容易，所以我們採取較低濃度的過錳酸鉀來進行我們的實驗，找出最容易產生顏色變化的濃度及適當的硫酸的體積。實驗二： 利用過錳酸鉀溶液在中性水溶液檢測乙醇1. 準備 10 支試管。2.每支試管裝入約2ml 的酒精溶液後，再用parafilm 將試管密

7、封不漏氣，置於恆溫槽中，溫度設於 38，為確保蒸氣壓能達到飽和 ，試管均於實驗前一天備妥，靜置一晚。43. 配製 0.05M、0.1M、0.2M、0.3M、0.4M 的過錳酸鉀溶液。4. 取 10 支試管編號 (1)(10)，加 0.05M 的過錳酸鉀 5ml 於各試管中。5. 用注射針筒吸取 30飽和的乙醇蒸氣和空氣的體積比各為 1：3、1：1、3：1，將之稀釋成 20ml 的混合氣體，將此 3 種混和氣體注入上述過錳酸鉀的水溶液中，觀察並記錄之。6.將與空氣混合好之氣體，再用注射針筒將氣體注入上述過錳酸鉀的水溶液中，觀察並記錄之。結果：有產生沉澱變化者記為，沒有產生沉澱變化者記為X過錳酸鉀

8、酒精蒸氣 / 空氣0.05M0.1M0.2M0.3M0.4M顏色變化10/10XXXXXX20/10XXXXXX30/10XXX40/1050/10濃度較高的過錳酸鉀在測試低濃度的酒精時，觀察紫紅色的變化並不明顯，作顏色色差的判斷時不是很容易，在中性溶液中過錳酸甲會酒精反應產生二氧化錳的沉澱，紫紅色的溶液會帶有黃褐色，所以我們採取較低濃度的過錳酸鉀來5進行我們的實驗，使整個溶液的顏色變化更明顯，於是找出最容易產生顏色變化的濃度。實驗三： 利用過錳酸鉀溶液在鹼性水溶液中的顏色變化檢測乙醇1. 準備 15 支試管。2. 分別配製乙醇與蒸餾水的體積比為 1：1、1：2、1：4、1：6、1：8、1：1

9、0、1：12、1：14、1：16、1：18、1：20、1：22、1： 24、1：26 及 1：283. 配製 0.05M 的過錳酸鉀溶液，以及氫氧化鈉溶液 pH=13.15備用。4. 取 15 支試管並編號 (1)(15)，各加 0.05M 的過錳酸鉀 5ml 於各試管中，並加入配好的氫氧化鈉溶液 0.5ml。5. 以 pipette 取步驟 2 的乙醇及蒸餾水的混合溶液 0.2ml 加入步驟 4 的試管中，紀錄溶液的顏色變化及 UV 光譜的吸收度變化，重複 5 次並與對照組做比較。6結果：加氫氧化鈉 0.5ml酒精：水數據一數據二數據三數據四數據五平均01:014.10234.12383.8

10、1143.74284.03643.963301:024.12383.58614.12384.12383.989401:043.04834.12384.12383.88453.4143.718901:063.8831 4.12382.94784.12383.21233.658201:083.58613.62573.05944.12383.62383.603801:102.86383.48523.20763.12383.31123.198301:122.717232.82823.18693.22352.991201:142.71633.014312.83393.08332.69732.869001

11、:162.0892.23452.32312.50322.74272.378501:182.37022.53612.66672.78542.81422.634501:202.76022.83952.02532.84592.31042.556301:221.86992.02782.14092.23762.28532.112301:242.19882.31932.3852.3292.37642.321701:262.18152.22342.26592.37212.43762.296101:283.2744.04353.72654.12384.12383.8583數值平均5.00004.00003.0

12、000平均2.00001.00000.0000123456789次數7實驗四： 利用 UV 光譜的吸收度檢測，在酸性水溶液中過錳酸鉀溶液與乙醇反應的變化1. 準備 15 支試管。2. 分別配製乙醇與蒸餾水的體比為 5：1、4：1、3：1、2：1、1：2、1：4、1：6、1：8、 1：10、1：12 及 1：14。3. 配製 0.05M 的過錳酸鉀溶液備用。4. 取 15 支試管並編號 (1)(15)，各加 0.05M 的過錳酸鉀 5ml 於各試管中，並加入濃硫酸 0.5ml。5. 以 pipette取步驟 2 的乙醇及蒸餾水的混合溶液0.2ml 加入步驟 4 的試管中，紀錄溶液的顏色變化及UV

13、 光譜的吸收度變化，重複5 次並與對照組做比較。結果：在酸性水溶液中過錳酸鉀溶液與乙醇反應的變化，與UV 光譜的吸收酒精：水數據一數據二數據三數據四數據五平均02:010.877120.903751.00041.02391.05080.971201:011.10231.02831.41181.12381.12381.158001:021.42861.40951.40721.43891.47641.432101:042.5742.12382.12383.09862.29122.442301:062.82943.51672.81964.12384.12383.482701:083.74393.59

14、23.99423.93443.68393.789701:103.46614.12384.12383.8344.08183.925901:124.12384.12384.12384.12384.12384.123801:144.12384.12384.12383.79094.12384.05728不同的比例與UV 光譜的吸收，等量線圖5.00004.00003.00002.00001.00000.0000123456789六、實驗討論：（一） 實驗一部份（1）配製好的過錳酸鉀溶液應該用棕色瓶子裝置，因為過錳酸鉀的顏色會產生黃褐色，而干擾實驗及對實驗的準確性。（2）實驗中我們發現過錳酸鉀的濃度高，

15、則不容易觀察顏色的改變，以0.05 及 0.1M 比較能直接觀察顏色的變化。而濃硫酸的體積比較少的時候，過錳酸鉀不會變成無色，反而形成黃褐色的固體沉澱，不是我們所預期的結果。（3）在這個實驗中，我們想找出最適合的過錳酸鉀濃度以及濃硫酸的體積，進而可以進行及規劃所有的實驗，統一過錳酸鉀的濃度及濃硫酸的體積，最後我們決定過錳酸鉀配製0.05M 體積為 5ml，而濃硫酸的9體積為 0.5ml 進行所有設計的實驗步驟。（4）以乙醇的蒸氣進行實驗 ，我們發現過錳酸鉀的顏色變化並不是非常的明顯，只有在較低濃度的過錳酸鉀及體積較多乙醇蒸氣時，觀察比較明顯。（二） 實驗二部分（1）在中性的溶液中，過錳酸鉀會與

16、乙醇反應而生成二氧化錳沉澱出來，我們可以藉由沉澱量 在酸性水溶液中過錳酸鉀溶液與乙醇反應的變化來估算乙醇的含量。（2）這個實驗的反應時間比較久，少量的二氧化錳也比較不容易沉澱下來，但可以直接觀察過錳酸鉀的顏色改變。（三） 實驗三的部分（1）在鹼性溶液中，過錳酸鉀得顏色改變量最大，由紫紅色轉成綠色或藍綠色，也是最容易由顏色的改變進行觀察。（2）我們配製了 15 個不同體積比的乙醇溶液，由高濃度的體積比1：1 到低濃度的體積比1：28，發現過錳酸鉀的顏色變化非常明顯。濃度大時，由紫紅色變成綠色；濃度低時慢慢轉成藍綠色。（3）可以檢測的濃度很低，體積比1：26 的乙醇溶液仍可以由顏色的變化來作簡單的

17、判定，直到體積比1：28 時才產生較為紅中帶藍綠的顏色，於是我們可以換算乙醇的含量，並估算酒測時的含量多寡。（4）因為由於顏色的改變只能作定性的顏色探討，於是利用UV 光譜的吸10收度來作線性關係的探討，從1：1 到 1：28 不同的濃度，除了1：28 之外，其餘呈現過錳酸鉀顏色吸收度的衰減，得到一個曲線圖的關係，因而證明過錳酸鉀的顏色改變可以作為酒測的觀察。（5）由取線圖中的 UV 光譜吸收度與乙醇的含量關係，我們可以反推並藉由光譜的吸收度來估算乙醇含量的多寡,但是我們所做的實驗中 ,光譜吸收度的曲線 ,並不是一平滑的曲線或直線,也許有待我們實驗技巧的再提升 ,而從圖中 ,的確可發現 ,UV

18、 吸收度的確不同 .（四） 實驗四的部分（1）重複實驗四的實驗觀念，我們進行在酸性中的過錳酸鉀顏色變化探討，因為在酸性溶液中，紫色的MnO 42-溶液會與乙醇反應，產生無色的 Mn 2+。（2）我們由高濃度的乙醇體積比到低濃度的體機比，我們可一得到光譜吸收度與消耗的乙醇關係。（3）由於過錳酸鉀的紫色很鮮豔，若在低酒精濃度時，我們比較不容易觀察到顏色的些微變化，所以藉由光譜的吸收度來進行。並證明了我們所進行的實驗是可行的。11七、結論：（1）在酸性溶液中的過錳酸鉀，可以藉由紫紅色到無色之間的變化，來進行酒測的實驗，若紫紅色完全褪去，表示酒測的結果，可能超過0.55mg/L 的刑罰。（2）在鹼性溶液中的過錳酸鉀，可以藉由紫紅色轉成綠色、藍綠色或紫紅帶藍綠色的不同變化，來進行酒測的實驗。若紫紅色帶藍綠色或呈現藍綠色，表示酒測的結果，含量約在0.25mg/L 的行政罰責。（3）在中性溶液中的過錳酸鉀，可以藉由紫紅色轉成二氧化錳的沉澱，由沉澱量來進行酒測的實驗。但是這個實驗的反應時間比較久，比較無法馬上得到結果 ,若要快速得到酒測的結果，可以利用上述的（1）（2）即可以來進行估算酒測的結果。（4）最後還是開車不喝酒，喝酒不開車，就對了。八、參考資料：（1）國中理化第二冊第10 章12