硫酸銅晶體的結構探討 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com   n  為何硫酸銅結晶水會分段釋出？ 問：「化學計量」此一單元有個問題，提及五水合硫酸銅（CuSO4ž5H2O）加熱，在不同溫度下，會失去某些結晶水而質量減輕，在失去所有結晶水後，在高溫下，硫酸銅（CuSO4）開始分解。有學生問起：為何結晶水會分段釋出？請問如何解釋此一現象。題目如下： 取CuSO4ž5H2O晶體100  mg，置於石英容器內加熱，使其溫度緩緩升高，以觀察其重量變化的情形。其測定結果如圖1所示，回答以下問題：（原子量：H = 1.01 g/mol、O = 16.0 g/mol、Cu = 64.5 g/mol、S = 32.1 g/mol） 圖1：硫酸銅受熱與重量的關係 (1)     若加熱至102℃所得物質重量為85.6 mg，則其化學式為        。 (2)     若加熱至113℃所得物質重量為71.2 mg，則其化學式為        。 (3)     若加熱至258℃所得物質重量為64.0 mg，則其化學式為        。 (4)     若繼續加熱至600℃附近，上一小題(3)所得物質開始分解，生成銅的某種氧化物與硫的氧化物，且重量減少32.0 mg，則此含銅的物質之化學式為        。 (5)     若對此含銅物質繼續強熱至960℃，又減輕3.2 mg，生成銅的另一種氧化物，則最後的物質其化學式為        。 n   解題方式一：化學計量 以化學計量方式，各小題解題如下： (1)   100  mg的CuSO4ž5H2O晶體加熱至102℃失去部分結晶水，設剩下X個結晶水：   (2)   85.6  mg的CuSO4ž3H2O晶體加熱至113℃繼續失去部分結晶水，設剩下Y個結晶水： (3)   […]

溫度對反應熱與活化能的影響 龔自敬 高雄市立高雄高級中學 教育部高中化學學科中心 phechegtj@mail.kshs.kh.edu.tw n  疑難問題 「溫度對反應熱有影響，卻對活化能沒影響，但是反應熱又可從正反應活化能減去逆反應活化能而得」，這些描述矛盾嗎？如何解釋呢？ n  反應熱變化 高中化學在教到活化能的概念時，會順便帶到反應熱的計算，如式[1]所示： ΔH = Ea(+) − Ea(−)  [1] 註：Ea(+)指正反應的活化能，Ea(−)指逆反應的活化能。 其實，式[1]僅適用於定溫下或溫差範圍不大，即一般的實驗室條件。理論上，H的實際意義是熱含量，即物質的總能，反應熱變化的計算可由式[2]～[5]表示： 註：式[4]和[5]的E動(+)指正反應的總動能差，E動(−)指逆反應的總動能差。 n  溫度對反應熱的影響 也就是說：ΔH = Ea(+) − Ea(−) 並非精準之算式。若溫度改變，則總動能也隨之改變。由式[5]得知，ΔH應該包括總動能的變化。在定溫下或溫差範圍不大時，E動(+)和E動(−)大約相等或變動不大的情形下，ΔH = Ea(+) − Ea(−)才適用。 其實溫度會影響平衡常數(Ｋ)，亦會影響動能分佈曲線。高溫下具有高動能之分子數比率會改變，反應物和生成物之分子數比率也會改變，故E動(+)和E動(−)也會變動！ n  溫度對活化「位能」的影響 至於常見的活化「位能」圖，它的能階常被畫成「一條線」。但若修正為活化「總能」圖，它的能階就不會是剛好「一條線」！就像電子的躍遷能階，其細微結構應該包括轉動能階、振動能階等更小的能階，亦即其能階圖應隨動能而「震盪」。 反應物和生成物都應該是「一小條帶狀」「震盪」能階，鍵能差(位能)的部分不會隨溫度改變，但是動能部分則會！ n  結語 活化能（一般指的是活化「位能」）不隨溫度變化而變化；但反應熱會隨溫度變化而變化。

製備碘化亞銅與其一系列反應的回饋與疑問 施建輝 國立新竹科學園區實驗高級中學 教育部高中化學學科中心 schemistry0120@gmail.com   於《臺灣化學教育》期刊創刊號之「高中化學教學疑難問題」專欄中，本人撰寫有關硫酸銅溶液與碘化鉀的反應生成白色碘化亞銅（CuI）的沈澱，及其在「沈澱反應」與「電子組態」等教學單元的意義，獲得不少高中化學老師們的正面回饋，頗感欣慰。但也有老師希望我進一步說明「為何碘化亞銅（CuI）能溶於硫代硫酸鈉溶液，而碘化銀（AgI）卻不溶於硫代硫酸鈉溶液，必須以氰化鈉（NaCN）才能溶解之？」 「高中化學教學疑難問題」專欄就是提供老師們討論的平台，很高興第一期即有回響而且提出疑問，這就是本專欄期待看到的，希望老師們持續關切本專欄並參與討論。針對上述疑問，本人答覆如下。 n  平衡常數與溶解度 以氯化銀（AgCl）溶於6.0 M氨水為例，在25℃下，相關反應的常數如式[1]、[2]和[3]所示。 AgCl於6.0 M氨水中之溶解度計算過程如下： 經過計算，得AgCl的溶解度（S）為0.23 M。依一般規定，S > 0.1 M即為可溶，故氯化銀（AgCl）能溶於濃氨水。 含氯離子的式[1]、[2]和[3]擴大含鹵素離子，如AgCl擴大為AgX (X = Cl、Br、I)，這些反應式擴大如式[4]、[5]和[6]所示： 在25℃下，銀離子（Ag+）在6.00 M氨水中的形成常數（Kf）為1.12 × 。各種鹵化銀（AgX）的溶度積常數（Ksp）、鹵化銀與氨水反應而形成銀氨錯離子（ ）的平衡常數（K）以及鹵化銀在氨水的溶解度（S）如表1所示： 表1的溶解度顯示AgCl溶於6.00 M氨水，AgBr和AgI氨水難溶於6.00 M氨水；這些溶解度大小並不相同，其排列順序為AgCl > AgBr > AgI。 在25℃下，AgI（Ksp = 1.5 × ）在3.00 M的氨水、 和 中的形成常數（Kf）及其反應的平衡常數（K）以及鹵化銀在氨水的溶解度（S）如表2所示： 表2的溶解度顯示AgI難溶於3.00 M的氨水和，AgI可溶於3.00 M 的和；這些溶解度大小並不相同，其排列順序為 > > NH3。 n  CuI和AgI在S2O32−中的溶解度 在25℃，CuI和AgI在1.00 M中的的溶度積常數（Ksp）、它們與反應而形成錯離子的形成常數（Kf）和平衡常數（K）以及溶解度（S）如表3所示： 由表3可看出CuI在1.00 […]