疑難問題集錦之二：基礎科學教學研習會的幾個疑難問題 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 自2003年思源科技教育基金會主辦第一屆高中數學暨自然科學教學研習會，到2014年改由交通大學校友會主辦的高中自然科學教學研習會，迄今已舉辦14屆，此一研習會廣受高中職自然科教師的歡迎。研習會上午主要內容是「專題講座」，下午則是分科研習。分科研習分成兩時段，第一時段為「教案觀摩」或「創意實驗分享與實作」，第二時段為「教學疑難問題的Q&A」。第一時段的「教案觀摩」或「創意實驗分享與實作」，邀請研發教師帶領參與教師們分享其教學經驗或研發的實驗，以增進教師的教學知能。第二時段的「教學疑難問題的Q&A」則是由參加研習的教師們事先提出教學上的疑難問題，再由主持分科研習的教師邀請資深教師答覆。本專欄名稱為「高中化學教學疑難問題與解題」，本人負責此專欄，常常負責回答教師疑難問題的「資深」化學教師之一，本人也邀請過其他資深教師撰寫有關回答教學疑難問題。在這篇文章中，本人將重新回答曾經回答過但答覆內容仍有一些疑慮的幾個問題，並在此篇文章中提出本人個人的看法。本人的看法可能會與之前答覆問題的教師見解有所不同，不過本人認為正確的答覆才是最重要的。借用龍應台女士所著的書：「請用文明來說服本人」，本人的見解若是有誤謬之處，本人也希望有教師指正，「請用真理來說服本人」，讓包括本人和其他存有疑慮的教師們解惑。此篇文章要提出的疑難問題如下： 一、   鑽石是否具有導電性？ 二、   氫氧化銨（NH4OH）是否存在？ 三、   臭氧（O3）變成氧氣（O2）是否為氧化還原反應？ n  疑難問題一：鑽石是否具有導電性？ 在某一次教師研習會上，一位資深的化學教師提出一個觀點：「不要以為鑽石是絕緣體，不導電」，這位教師給了一些物質的導電度的數據（見表1），表1下方1~3為數據說明（此處僅列出其提供的部分資料）。從表一的資料來看，導電率相對比值，石墨：鑽石：食鹽水＝16000：4000：1，所以這位教師強調「石墨是導體沒有問題，但是鑽石的導電性比1 M的食鹽水好，怎可將鑽石說成絕緣體！」，看起來似乎言之有理。 表1：三種物質的導電率比較-I 物質 石墨 鑽石 1 M食鹽水 導電率（mho/cm） 1.3×103 2.9×102 0.08 相對比（概略值） 16000 4000 1 然而，本人對鑽石具有導電性的說法是頗有疑惑的。本人先來看看石墨的結構，如圖1左所示，每個碳原子與鄰近的三個碳原子以共價鍵結合，剩餘的1個價電子，則與另一個碳原子的1個價電子形成π鍵，這2個π電子是未定域化的（delocalized），也就是說這些未定域化的π電子在石墨的每一個層面上是可以移動的，這就是石墨能導電的原因。接著看鑽石的結構，如圖1右所示，每個碳原子與鄰近的四個碳原子以共價鍵結合，形成立體結構，由於要破壞碳碳之間的共價鍵甚難，因此鑽石是目前所知物質中硬度最大的。由於每個碳原子的4個價電子都已與另外四個碳原子形成共價鍵，已經不再有未定域化的電子，因此本人認為鑽石不可能具有導電性，或直接說，本人認為鑽石應該視為絕緣體。   圖1：石墨（左）與鑽石（右）的結構式 （圖片來源：http://goo.gl/rYKlcA（左），http://goo.gl/0w9cNx（右）） 為了支持這種說法，本人收集了各種資料，並製作與該位教師提供的類似表格（見表2）。 表2：三種物質的導電率比較-II 物質 石墨[1] 鑽石[2] 1 M食鹽水 導電率（mho/cm） 2.0 × 103 ~ 3.0 × 103 10−13 ~ 10−16 0.08 相對比（概略值） 25000 ~ 37500 […]