自制酒精测试剂.docx

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自制酒精测试剂

自製酒精測試劑

1、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？

2、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.

3、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：

Cr2O72++8H++3C2H5OH→2Cr3++3CH3CHO+7H2O

2.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（Mn2+），顏色由紫紅色變成無色，來檢測乙醇.

反應式：

KMnO4+C2H5OH+H+→Mn2++CH3COOH+H2O

3.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+C2H5OH→MnO2+CH3CHO

4.過錳酸鉀在鹼性溶液中，過錳酸鉀根離子的本身氧化成MnO42-（綠色），來檢測乙醇.

反應式：

KMnO4+OH-+C2H5OH→MnO42-

5.因法令規定，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

-2.3

19.0

34.9

蒸氣壓（mmHg）

100

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=0.4L.R=62.4T=273+37

PV=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400ml，換算得0.0001g/400ml及0.00022g/400ml.

4、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：

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☺ˇ，沒有顏色變化者記為X

過錳酸鉀濃硫酸

0.05M

0.1M

0.2M

0.3M

0.4M

0.5M

0.05ml

0.10ml

0.15ml

0.20ml

0.25ml

0.30ml

0.35ml

0.40ml

0.45ml

0.50ml

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。

3.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☺ˇ，沒有產生沉澱變化者記為X

過錳酸鉀酒精蒸氣/空氣

0.05M

0.1M

0.2M

0.3M

0.4M

顏色變化

10/10

20/10

30/10

40/10

50/10

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：

10、1：

12、1：

14、1：

16、1：

18、1：

20、1：

22、1：

24、1：

26及1：

3.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。

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:

4.1023

4.1238

3.8114

3.7428

4.0364

3.9633

01:

4.1238

3.5861

4.1238

3.9894

01:

3.0483

4.1238

3.8845

3.414

3.7189

01:

3.8831

4.1238

2.9478

4.1238

3.2123

3.6582

01:

3.5861

3.6257

3.0594

4.1238

3.6238

3.6038

01:

2.8638

3.4852

3.2076

3.1238

3.3112

3.1983

01:

2.7172

2.8282

3.1869

3.2235

2.9912

01:

2.7163

3.01431

2.8339

3.0833

2.6973

2.8690

01:

2.089

2.2345

2.3231

2.5032

2.7427

2.3785

01:

2.3702

2.5361

2.6667

2.7854

2.8142

2.6345

01:

2.7602

2.8395

2.0253

2.8459

2.3104

2.5563

01:

1.8699

2.0278

2.1409

2.2376

2.2853

2.1123

01:

2.1988

2.3193

2.385

2.329

2.3764

2.3217

01:

2.1815

2.2234

2.2659

2.3721

2.4376

2.2961

01:

3.274

4.0435

3.7265

4.1238

3.8583

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:

0.87712

0.90375

1.0004

1.0239

1.0508

0.9712

01:

1.1023

1.0283

1.4118

1.1238

1.1580

01:

1.4286

1.4095

1.4072

1.4389

1.4764

1.4321

01:

2.574

2.1238

3.0986

2.2912

2.4423

01:

2.8294

3.5167

2.8196

4.1238

3.4827

01:

3.7439

3.592

3.9942

3.9344

3.6839

3.7897

01:

3.4661

4.1238

3.834

4.0818

3.9259

01:

4.1238

01:

4.1238

3.7909

4.1238

4.0572

不同的比例與UV光譜的吸收，等量線圖

六、實驗討論：

（1）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，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。

（2）實驗二部分

（1）在中性的溶液中，過錳酸鉀會與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。

（3）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吸收度的確不同.

（4）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MnO42-溶液會與乙醇反應，產生無色的Mn2+。

（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。

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

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