臺灣化學教育
Chemistry Education in TaiwanBlog Archives
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
Friday , 11, November 2016 本期專題, 第16期/2016年11月 Comments Off on 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)。 […]
創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 ／ 方金祥
Tuesday , 3, November 2015 微型化學實驗, 第10期／2015年11月 Comments Off on 創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 ／ 方金祥創意微型實驗— 微型鋅銅電池及其在化學教學上的應用 方金祥 創意微型科學工作室 chfang1273@yahoo.com.tw 化學是一門極具趣味性且理論與實驗並重之科學，因此在相關單元之中，除了理論介紹之外都配有相關的實作性實驗，盼由正確的實驗的結果來應證理論的真實性。在學校的化學實驗裡如何減少使用藥品，以減少廢液的產生進而突增廢液回收與處理的困擾與困難度，以減低對環境污染的衝擊，是當務之急。因此將傳統實驗裝置與實驗過程加以改良，使實驗裝置更為簡單，實驗步驟更為安全更為有趣，使化學實驗更符合環保理念可回收低汙染省資源的綠色化學實驗。在本文中將傳統式的鋅銅電池加以微型化而成為微型鋅銅電池，得以方便將兩個或多個鋅銅電池加以串聯起來，並在化學實驗中加以延伸與應用，以提高學生學習電化學之意願與興趣。 n 微型鋅銅電池之原理 以鋅片和銅片為電極，分別在插入藥品溶液中，電極與溶液之介面間會產生所謂的電極電位，而在當兩溶液間以鹽橋來溝通電路後，在這兩個電極間所產生之電位差即稱為電池電位（電壓），其反應式如式[1]~[3]所示。 正極（銅片，陰極）反應：Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s) Ered = + 0.36 V [1] 負極（鋅片，陽極）反應：Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e– Eox = + 0.74 V [2] 電池總反應：Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) Ecell = + 1.10 V [3] n 傳統鋅銅電池與微型鋅統電池之比較 傳統鋅銅電池與微型鋅銅電池在器材裝置及藥品之使用皆略有不同，其差異之比較如表一所列及相片一所示。 表一：傳統鋅銅電池與微型鋅銅電池之比較 相片一：傳統鋅銅電池裝置和微型鋅銅電池裝置（右） （左圖取材：自八十二年國編版高中基楚理化實驗手冊下冊） n 材料藥品與器材 一、 […]
膠體溶液的帶電性與凝聚／施建輝
Wednesday , 10, December 2014 第5期／2015年1月, 高中化學教學疑難問題與解題 Comments Off on 膠體溶液的帶電性與凝聚／施建輝膠體溶液的帶電性與凝聚 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 疑難問題 在膠體溶液的單元中，有一段文字敘述：「金屬的氫氧化物帶正電，金屬的硫化物則帶負電」，為何兩者會帶電？為何帶有不同的電荷？ n 解答一：膠體溶液的帶電性說明 膠體（Colloid）溶液有三大特性，「帶電」是其特性之一。在教科書開放之前，由國立編譯館發行的化學課本裡，有一句話：「膠體溶液中，金屬的氫氧化物帶正電，金屬的硫化物帶負電」，困擾高中化學老師多年，近來又有老師問起，因此作者參考多本相關書籍，提供這個問題的解釋方式，供高中化學老師參考。 以硝酸銀（AgNO3）溶液與碘化鉀（KI）溶液混合為例，使其中某一溶液過量，過量之電解質溶液扮演穩定劑的角色，讓膠體溶液能穩定存在。碘化銀溶膠的帶電性說明如下。 當硝酸銀溶液與碘化鉀溶液混合時，銀離子（Ag+）與碘離子（I−）會生成有晶體結構的（AgI）m而形成「膠核」（colloidal nucleus）（圖1），膠核選擇性的吸附溶液中過量的碘離子（I−）而帶負電（圖2）。帶負電的粒子吸引溶液中帶正電荷的鉀離子（K+），被吸附的碘離子（I−）與鉀離子（K+） 稱為吸附層（Stern layer）（圖3），膠核與吸附層構成「膠體粒子」，又稱「膠粒」（colloidal particle）。因為膠體粒子吸附的碘離子（I−）數目大於鉀離子（K+），故此膠體粒子帶負電。帶負電的膠體粒子再以疏鬆的方式吸引鉀離子（K+），此為擴散層（diffuse layer），膠體粒子與擴散層構成「膠團」（圖4）。膠團即膠體溶液常被提及的「電雙層」（electric double layer），電雙層為電中性。AgI膠團的示意圖，如圖5所示。 課本提及的帶電性即為膠核與吸附層構成的膠體粒子所帶的電荷，上例因碘化鉀溶液過量，故此一膠體溶液帶負電；反之，若是硝酸銀溶液過量，則形成之膠體溶液帶正電。 圖1：膠核的形成 圖2：膠核吸附碘離子 圖3：再吸附鉀離子，構成膠體粒子 圖4：電雙層的形成 圖5：AgI膠團形成的示意圖 回頭說明為何「膠體溶液中，金屬的氫氧化物帶正電，金屬的硫化物帶負電」。 一、 氫氧化鐵溶膠：氯化鐵溶於水可製得氫氧化鐵溶膠，其化學反應式，如[1]～[4]所示： FeCl3(aq) + 3H2O(l) → Fe(OH)3(s) + 3HCl(aq) [1] 其中鐵離子(Fe3+)是酸性陽離子，在水中會起水解，其水解過程如下： Fe3+(aq) + 3H2O(l) → Fe(OH)3(aq) + 3H+(aq) [2] Fe(OH)3(aq) → FeO(OH)(aq) + H2O(l) […]
鋰離子標準還原電位異常的探討／施建輝
Friday , 17, October 2014 第4期／2014年11月, 高中化學教學疑難問題與解題 Comments Off on 鋰離子標準還原電位異常的探討／施建輝鋰離子標準還原電位異常的探討 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 為何鋰離子的標準還原電位值最負？ 問：在標準還原電位表中，鋰離子的標準還原電位最負，亦即鋰金屬的標準氧化電位最正，但常見的鹼金屬活性的順序為K > Na > Li，如何解釋此一現象？ 常見的標準還原電位表如表1所示，其中Na, K, Li的標準還原電位分別為 −2.71 V, −2.93 V, −3.05 V。 表1：標準還原電位表（取自翰林選修化學上冊） n 解答一：以水合能大小說明 一般所謂的金屬「活性」大小，是以該金屬與氧反應的難易程度而定，但測量「標準還原電位」是在水中測定，涉及金屬離子水合能的大小。鋰離子由於水合能甚大，故在金屬陽離子中，標準還原電位最負。以上是高中化學老師回答學生常用的敘述方式，若有學生追根究柢，此一敘述恐怕無法滿足學生的好奇心。 n 解答二：以能量變化說明 在無機元素化學（科學出版社）一書中，有精闢的說明，整理如下，供各位參考： 一、 鹼金屬在水中形成水合離子的能量變化（圖1） 圖1：鹼金屬在水中形成水合離子的能量變化 (1) ΔfH°即鹼金屬失去電子形成水合離子所需能量，ΔHs°為金屬的昇華熱，ΔHh°為氣態金屬離子的水合能，I1為鹼金屬的第一游離能。 (2) ΔfH° = ΔHs° + I1 + ΔHh° (3) 鹼金屬元素的熱力學數據（表2） 表2：鹼金屬元素的熱力學數據（單位：kJ mol-1） (4) 計算鹼金屬失去電子形成水合離子所需能量： ΔfH°(Li) = 161 kJ mol-1 + 520 […]
行動科技、擴增實境與3D實驗影片教學：擴增實境在化學教學上的應用／鄭媖珍、邱美虹
Monday , 25, August 2014 本期專題, 第3期／2014年9月 Comments Off on 行動科技、擴增實境與3D實驗影片教學：擴增實境在化學教學上的應用／鄭媖珍、邱美虹行動科技、擴增實境與3D實驗影片教學： 擴增實境在化學教學上的應用 鄭媖珍1、邱美虹2* 1臺北市立信義國民小學 2國立臺灣師範大學科學教育研究所 *mhchiu@ntnu.edu.tw 你可以想像在未來，藉由一張報紙就能聯結相關網路訊息，即時知道天氣的變化；由登機票，可知飛機起飛時間是否有延誤；只要用雙手擺出拍照手勢，就能拍照，想撥個電話、看時鐘、查即時訊息，雙手作個動作，時鐘、電話、即時訊息，就出現在你的眼前，甚至在任意空白紙上看電影、玩遊戲、任意的擷取資料、做文書處理……等等，任何你想知道的訊息，只要透過身上簡單的配備就能立即處理，並能將所獲得的資訊，與家中的個人電腦做連結，以及未來不用帶相機、平板電腦、智慧手機，只要套上這個由麻省理工學院學生普拉納夫•密斯崔（Pranav Mistry）發明的第六感人機互動裝置（sixth sense，見圖1）出門，即能將數位世界和實體世界相互結合，若這樣的設計可以普及化，未來的世界將有截然不同的面貌。你能想像嗎？！ 圖1：Pranav Mistry第六感驚人的潛力 （圖片來源：http://www.youtube.com/watch?v=qC3H3JOtvSs#t=476） 這個數位世界（虛擬世界）和實體世界結合的科技，就是現在最夯的擴增實境（augmented reality），簡稱AR。那擴增實境是什麼呢？ n AR的定義 AR最早是由Milgram, Takemura, Utsumi, & Kishino (1994)對於介於真實和虛擬之間的概念，提出「真實–虛擬連續性」（reality-virtuality continuum）觀點（圖2）。他們將真實環境和虛擬環境分別作為「真實－虛擬連續性」的兩端，位於它們中間的被稱為「混合實境（mixed reality）」。其中靠近真實環境的是擴增實境（augmented reality, AR），靠近虛擬環境的則是擴增虛境（augmented virtuality, AV），其中所謂擴增實境就是利用模擬的線索擴大對操作者的回饋。狹義而言就是科技為模擬實境的一種形式。 圖2：真實－虛擬連續性（reality-virtuality continuum） 另Azuma（1997）定義擴增實境是一種介於虛擬與實境兩者間的一種技術，且包含三種特點：(1)同時包含實體與虛擬物件，(2)能即時互動，(3)能精準3D定位虛擬與實際物件。簡言之，擴增實境是將虛擬物件透過儀器融入真實情境中，能豐富實境的場景，促進即時互動，讓使用者能獲得立即的回饋。 n AR在教育上的應用 早期，擴增實境透過頭戴式顯示器（head mounted displays, HMD）將虛擬物件融入真實情境中，但是頭戴式顯示器攜帶不便，再加上AR所需的設備又貴，無法普及化。隨著科技日新月異，手提電腦、平板電腦、智慧型手機的問世，科技技術的提升，AR所需的設備攜帶方便，間接提高AR能見度，AR漸漸成為我們生活中的一部分，例如：Google glass、廣告宣傳、魔法書、博物館或校園的行動導覽、醫療手術的應用、教學上的應用。 擴增實境在教育上的應用雖然仍在起步當中，但已逐漸獲得實證，譬如在教學中融入AR，由於它的視覺、動覺等感官刺激，提高學生的主動參與意願；它提供的3D學習內容，可培養學生發展較佳的空間能力；在AR情境中，與虛擬物件互動，經由立即的回饋，可加深學生對學習內容的印象與興趣；AR可將看不見的概念視覺化（如天文學、化學反應、分子結構等），提升學生對抽象內容的理解、建立正確的知識，減少迷思概念；在AR情境中，與同儕合作共同解決所面對的環境議題，可使學生社會互動能力變佳，對問題能更敏感，並根據情境提出解決方案，讓學生有機會做出決定、提升學生推理能力與思考邏輯能力等。 在這篇短文中，我們將簡要介紹六個在化學教學上應用的AR實例，作為說明AR未來在教學上的可能性以及對學生在學習成效和動機上可能造成的影響。在化學教育上，我們常發現學生對抽象複雜或是需要空間能力才能建構的化學結構知識很難進行抽象思考，而AR的設計正好可以彌補學生在這方面能力的不足，提供一個可以和化學分子物件互動的機會，並可以依照學習者自己的學習步調或觀察的角度，隨意轉動物件來達到對化學結構的認識。 例一、元素與化合物 Zientia公司最早開發的就是化學教育用的擴增實境教具（http://zientia.com/chemistry101）。Zientia開發擴增實境的教具來教導電子組態與物質的組成。以下面的食鹽化合物（NaCl）為例，使用者可以先觀察Na和Cl的電子組態，然後將兩原子靠近後觀察兩元素產生氯化鈉分子的結構以及巨觀表徵，使用者也可以調整或旋轉觀察氯化鈉的角度（見圖3，示範影片見附錄一）。圖4的PCl5亦同。 圖3：AR Chemistry Augmented Reality Education（圖片取自附錄一） 圖4：PCl5之AR分子結構（圖片取自附錄二） 例二、分子結構 Daqri所設計的Elements 4D應用軟體目的是經由擴增實境的科技將抽象的概念具象化。以水分子為例，Elements 4D設計的紙張或木塊的物件可以將物件直接轉化為動態的元素表徵（Daqri相關資料見附錄三），如圖5所示。 圖5：水分子AR教具 […]
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
Tuesday , 8, July 2014 第2期／2014年7月, 高中化學教學疑難問題與解題 Comments Off on 溫度對反應熱與活化能的影響／龔自敬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
Monday , 7, July 2014 第2期／2014年7月, 高中化學教學疑難問題與解題 Comments Off on 製備碘化亞銅與其一系列反應的回饋與疑問／施建輝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 […]
製備碘化亞銅與其一系列反應／施建輝
Monday , 14, April 2014 第1期／2014年5月, 高中化學教學疑難問題與解題 Comments Off on 製備碘化亞銅與其一系列反應／施建輝製備碘化亞銅與其一系列反應 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 臺北市立第一女子高級中學周芳妃老師的「花裙子實驗」與本人兩年多前開發的「化學百寶箱」中的示範實驗，都涉及硫酸銅溶液與碘化鉀的反應。反應過程，顏色明顯變成紅棕色而且溶液變混濁；接著加入硫代硫酸鈉溶液後，紅棕色逐漸褪去，混濁顏色原預期呈白色（即碘化亞銅，CuI），但卻看到灰黑或灰白色，若不小心滴入過量硫代硫酸鈉溶液，溶液竟然變成無色澄清！過程中到底發生哪些反應？本人曾接獲多位老師的詢問，也已逐一回答，但想必仍有更多老師尚不知其所以然。這次藉著《臺灣化學教育》期刊的發行，於「高中化學教學疑難問題」專欄，將個人所知詳加敘述，供老師們參考。內容若有誤謬之處，也歡迎來信指正，使此一有趣的實驗能呈現真實面貌。 以下就是製備碘化亞銅的實驗步驟，並進行一系列的相關實驗。 n 問1：如何製備碘化亞銅？ 1. 準備一杯0.1 M 的50 mL硫酸銅溶液，如圖1.1。 2. 以刮勺取少量碘化鉀晶體加入硫酸銅溶液中，攪拌，反應結果如圖1.2所示，記錄與說明如下： 記錄：溶液由淺藍色變成紅棕色混濁。 說明：溶液呈紅棕色，推測生成I3−。將硫酸銅溶液（註）倒入試劑瓶中，加入碘化鉀之後，再加入少許正己烷，搖盪，觀察有何現象發生。反應結果如圖1.3所示，左瓶為原有之硫酸銅溶液，中瓶為加入碘化鉀之後，溶液變色並呈混濁現象，右瓶為加入正己烷之後，搖盪、靜置，上層呈紫色，表示生成碘分子（I2）。這些反應如式[1]和[2]所示： 2I−(aq) → I2(s) + 2e− [1] I2(s) + I−(aq) ⇌ I3−(aq) [2] 即碘離子（I−）氧化形成碘分子（I2），I2再與I−反應生成I3−（紅棕色）。 註：此處硫酸銅溶液濃度為0.01 M，使顏色變化容易觀察。 氧化還原反應必定同時發生，在式[1]中所述為氧化反應，表示必有另一反應物進行還原反應，此處應該是由銅離子（Cu2+）扮演還原反應的角色，其可能反應有二，如式[3]和[4]所示： Cu2+(aq) + 2e− → Cu(s) [3] Cu2+(aq) + e− → Cu+(aq) [4] 燒杯中並未見到金屬銅的生成，故推測應該是進行反應[4]，也就是由這個反應製備出亞銅離子（Cu+）。 反應[1]中的I−與反應[4]生成的Cu+結合形成CuI沈澱，但因存在紅棕色的I3−，故無法看出CuI沈澱的顏色，化學反應如式[5]所示： Cu+(aq) + I−(aq) → CuI(s) [5] 圖1.1 圖1.2 圖1.3 n 問2：氯化亞銅沈澱是什麼顏色？ 1. 準備一瓶1 M的硫代硫酸鈉溶液，如圖2.1所示。 2. 以滴管吸取硫代硫酸鈉溶液，逐滴滴入問1之燒杯中，一邊滴一邊攪拌，記錄與說明如下。 記錄：紅棕色逐漸褪去，如圖2.2所示。 說明：硫代硫酸鈉與碘分子（I2）進行以下之氧化還原反應，如式[6]所示： 2S2O32−(aq) + I2(s) […]