北京化學教學交流：北京101中學「同課異構」化學教學紀實 王瓊蘭 新北市立新店高級中學教育部高中化學學科中心wang7581@ms22.hinet.net n  前言 今年5月24日很高興能到北京市第101中學參加「兩岸化學教師同課異構教學研討會」，並且幸運地擔任授課教師之一。（見圖一） 圖一：兩位來自臺灣的授課教師，新北市立新店高中王瓊蘭老師（左），新北市立新北高中鍾曉蘭老師（右）（邱美虹拍攝） 第一次聽到「同課異構」，不知它的意涵是什麼？我所能理解與想像得到的，大概是如同化學的同分異構物，是擁有相同分子式，但結構式卻不相同的多種分子。例如：結構異構物、官能基異構物、幾何異構物等，亦即分子之間並非擁有相同的物理與化學性質，除非它們的官能基相同，性質才有可能類似，卻絕對是具有不同的個別性質。因此，這次用在教學裡，上的都是同課「元素週期律表複習」；但是，不同的教師，有不同的風格，取材也不相同，就好像教師間的「賽課」一般；因此，應該是到北京打擂臺，化學論戰呀！ 說實在的「元素週期律表複習」到底有什麼好教的呢？週期表不就長那個樣子，每個元素的原子序，所在週期與族數，皆已固定，不能改變。怕沒講兩分鐘，大家都睡著了。也許會顧及我是遠道而來的老師，勉強打起精神來聽看看。若是能與同學們互動，讓他們動動手，做做實驗，看到真實的元素面貌，以及探索該元素化學反應的特質，或許可以幫助他們認識元素。 n  介紹元素 既是元素週期律表〝複習〞，最簡單的就是〝考試〞啦！我原本準備的學習單，就是臺灣近年來，有關元素週期律表，學測與指考題的經典集錦。嗯！這當然不可以，太便宜行事，會被直接轟下台的。我也想當場露一手，用紅、藍、黃、綠、白的粉筆，邊講，邊寫，帥氣地畫出整個週期表。但是，那似乎挺稀疏平常，沒有什麼好神氣的。說不定，教室可接網路，直接上網看最新的互動式週期表就行了。所以，我還是乖乖的作了簡報檔。 首先，我問：「第一週期氫和氦，氫是宇宙間含量最多的元素，具有舉足輕重的地位；氦是鈍氣，是在真實氣體裡最接近理想氣體的氣體，它們兩個，哪一個元素比較昂貴？為什麼？」 同學們回說：「是氦比較貴，因為氦是稀有氣體，物以稀為貴。」 我又問：「第二週期，哪一個元素最貴？為什麼？」 有一男同學說：「是氧。」 我說：「是碳，因為碳的同素異形體中的鑽石價格昂貴。」 此一男同學又說：「我還是認為是氧。」 我說：「視情況而定，你沒錯。」 接著，我問：「中國的首都在哪？」 同學們回說：「北京。」 我再問：「美國的首都在哪？」 同學們回說：「華盛頓。」 我說：「答對了，你們知不知道，在華盛頓有個華盛頓紀念碑，在它的頂端有個鋁製金字塔，在拿破崙時代（1799–1815）鋁是比銀還貴的金屬，它曾經放在紐約市的「蒂芬妮」（Tiffany）珠寶店展示。但現在鋁很便宜，因為它是地殼中含量最高的金屬元素，等一下我們拿鋁來做實驗。」 我又問：「臺灣的首都在哪？」 同學們無言…。 我說：「在臺北」並指著螢幕上的PPT說：「那是臺北的101，歡迎大家來臺北玩。很巧的，你們是北京市第101中學，你們知道第101號元素的名稱是什麼？它是為了紀念週期表的創建人—門得列夫，代表著打開元素的大門，承先啟後，科學家會不斷地製造出更多人造的新元素。請同學上來寫看看101號元素的符號，好嗎？」 一位女同學在黑板上寫出了：「Md」（作者註：鍆Mendelevium） 我於進校門的石牆上看到：北京101中，校訓：百尺竿頭，更進一步；心想，地靈人傑，這所學校一定會人才輩出的。 最後，收課前我特意問同學們：「知不知道，新的113號元素是由日本的科學家製造出來的，猜看看，它即將命名為什麼符號呢？」 由於113號元素是第一個以亞洲國名，命名的元素，算是石破天驚，足以震撼北京，展現出日本化學家，傲視全球的實力，因此，我故意讓一位男同學用日本製，含油性墨水（其中的溶劑是Xylene，二甲苯）的麥克筆，將Jp寫在氣球上，果真很有聲效的融爆了。此現象代表著非金屬的碳和氫元素，所形成的化合物作為溶劑，會溶解天然乳膠所製成的氣球，也就是同類互溶（like dissolve like，對岸翻譯成相似相溶）。但若寫在鋁製的氣球上，鋁是金屬元素與非金屬元素的性質不同，是不會被油性麥克筆的墨水所融爆。 當時以為113號元素將會被命名為「Japonium」，符號為Jp，跟日本的縮寫一樣，但此命名未被使用。卻約在兩週後，也就是2016年6月8日，IUPAC宣布計劃根據理化學研究所（Institute of Physical and Chemical Research，簡稱理研或RIKEN）的建議，將113號元素以日語中常用的一個羅馬字拼法「にほん」（Nihon），被命名為「Nihonium」，符號為Nh。此建議名已於11月8日，公眾評議期五個月後屆滿截止日，連同另外三個新元素，分別是：115號元素被命名為「Moscovium」，符號為Mc；117號元素被命名為「Tennessine」，符號為Ts；118號元素被命名為「Oganesson」，符號為Og；一塊兒發布。目前IUPAC網頁上的元素週期表中，已公告周知，用紅圈標示出它們的符號（見圖二）。（新聞稿的參考網頁：https://goo.gl/4Ynu63） 圖二：IUPAC網頁上的元素週期表 週期表第七周期的元素，全部到位；嶄新的第八周期元素，正孕育著，何時誕生，令人拭目以待。 n  實驗教學 我思考著在同課「元素週期律表複習」的授課中，應該如何強調出〝元素〞的意涵，而不僅僅是該元素的化合物。也許可從日常生活中，發現元素，並區分出金屬、非金屬以及兩性元素，更進一步地做實驗，檢驗元素的性質，製造出元素。因此，我帶著臺灣啤酒的鋁製空罐子、鋁箔紙、彈珠汽水的空罐子以及乳膠氣球等器材，小瓶裝的鹽酸、氫氧化鈉，碳酸氫鈉以及雙氧水藥品，預定從鋁的靜電性、密度等物理性質，推演到鋁與上述藥品反應，以及製造出氫、氧、二氧化碳氣體，順便複習元素的金屬性、非金屬性與兩性元素的化學性質，拋問與引導學生思考，除了用火之外，如何檢驗製造出的三種氣體？結果限於時間不夠，並沒有實施上述的實驗。 不過，奈米硫的製備，則在裝有硫代硫酸鈉溶液的瓶中，加入少量清潔劑，蓋上瓶蓋，搖一搖，混合均勻後，打開瓶蓋，再加入數毫升的鹽酸，用雷射光照射穿透溶液時，慢慢地就會出現一條光徑，產生廷得耳效應，表示奈米硫生成了。如果整個反應試劑的濃度，預先調配得當，大約一、兩分鐘就可完成，整個瓶子會變成乳黃色，並且散發出硫磺溫泉的味道，那是二氧化硫的氣味；同學們憑藉著剛做出的實驗，以及自我的先備知識，根據「質量守恆定律」即可寫出此反應方程式：Na2S2O3(aq) + 2HCl(aq) → S(s) + SO2(g) + 2NaCl(aq) + H2O(l)。 […]