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) […]

高中論證教學設計 ──以蠟燭燃燒水面上升為例 許綺婷 國立臺灣師範大學科學教育研究所國立屏東高級工業職業學校hsu9716@gmail.com  n  學習論證的重要性 科學論證有兩種意義，其一為「知識的辯護」，其二為「說服」（Jimineź-Aleixandre & Erduran, 2008）。在科學探究的過程中往往需要用到論證，包括針對問題產生假說，設計實驗以獲取證據的假說演繹論證過程，以及如何說服科學社群接受自己的研究成果的論證過程。因此，高中生若沒有學習論證，則無法學到探究科學知識的完整過程。有鑑於此，本文目的在於提供一個高中論證教學設計，以作為論證教學的參考。 n  論證教學設計 許綺婷（投稿中）提出一個高中科學論證教學模式，由察覺一個困惑的觀察而提出問題，然後進入假說演繹論證過程（針對問題產生假說，設計實驗以獲取證據來支持假說），接著進入社群討論之論證過程（透過說服、溝通以討論出最適當的假說），最後得出結論。此模式共分四個階段，包括提出問題、假說演繹論證過程、社群討論之論證過程與結論。本文乃依據此模式並修改Lawson （2002）而開發出以化學科「蠟燭燃燒水面上升」為例的論證教學設計。為使學生熟悉論證結構，以利後續的論證教學，在教學前增加預備情境，先教導論證結構並清楚說明論證的如果/則/所以（If/then/Therefore）型態。以下將從預備情境開始，依序從提出問題、假說演繹論證過程、社群討論之論證過程最後得到結論等方面說明本文之論證教學設計內容。 一、預備情境 (一)先以虎克定律為例，清楚說明提出假說，設計實驗，做出預測，比較觀察值和預測是否符合，是否支持此假說，並清楚說明論證的If/then/Therefore型態。 如果（If）…彈簧長度是造成彈簧伸長量不同的原因【提出假說】 而且…當控制其它變因時，使兩個彈簧的長度不同【設計實驗】 則（then）…彈簧伸長量應該會不同【預測】 但是…最後的結果彈簧伸長量是相同的【比較觀察值和預測是否符合】 所以（Therefore）…彈簧長度的假說可能是錯誤的【是否支持此假說】 (二)蠟燭為石蠟族CnH2n+2的混合物，通常以 C25H52代表。蠟燭與氧燃燒，生成二氧化碳及水，可讓學生練習平衡方程式。其燃燒反應如式[1]和[2]所示： 2CnH2n+2 + (3n+1)O2 →2nCO2 + 2(n+1)H2O +熱量  [1] 或C25H52 + 38O2 →25CO2 + 26 H2O +熱量  [2] 二、提出問題：蠟燭燃燒水面為何上升 教師先示範蠟燭燃燒的實驗，在裝了水的水盆當中有一根燃燒中的蠟燭，將廣口瓶反轉蓋在水盆當中的蠟燭後發現，蠟燭在瓶裡還會燃燒一會兒時間，這時水慢慢上升，但是當燭火熄滅後，水面則快速上升，上升的高度比剛才還高。讓學生透過這樣的觀察而引發他們提出一個問題：水面為何上升？ 三、假說演繹論證過程 根據實驗現象可以引導學生對於「水面為何上升」的問題，提出多種假說，包括(1)耗氧假說（H1），(2)空氣熱漲冷縮的假說（H2），(3)水膨脹的假說（H3）。接著學生針對假說設計實驗，而後經由演繹推理做出預測，將實驗所得的觀察值和預測加以比較，以得到是否支持假說的結論，並請學生將論證過程以If/then/Therefore推理來呈現。 (一)耗氧假說（H1）：燭火消耗瓶中的氧氣而生成二氧化碳及水蒸氣，水蒸氣於燭火熄滅冷卻後會凝結成小水滴附著在器壁上。生成的二氧化碳是所用掉氧氣體積的25/38，加上二氧化碳微溶於水，因此瓶中的氣體體積應略為減少，水面因而上升。 If—若耗氧，燭火消耗瓶中的氧氣而生成二氧化碳及水蒸氣 And—-若使用大廣口瓶 Then—消耗氧氣較多，水面應上升較多 And—-看到水面上升量較多， Therefore—耗氧假說被支持。 (二)空氣熱漲冷縮的假說（H2）：蠟燭的熱使空氣膨脹，當燭火熄滅後溫度下降，空氣體積縮小，水面因而上升。 If—蠟燭的熱使空氣膨脹， And—-當4根蠟燭燃燒時， Then—由於溫度上升愈多，空氣應膨脹愈多，當燭火熄滅後溫度下降，空氣體積應縮小更多，水面應該上升更多。 And—-看到水面上升量較多， […]