置頂

物理與化學是很有趣的兩門學科,對我來說這兩類的學問幾乎就是許許多多有趣的遊戲。也許有人覺得物理與化學太專門或者太嚴肅,對這一點我想說得是:當你很喜歡這個遊戲的時候,你自然就會慢慢變得很專門,你也會很認真,甚至有時候會很嚴肅。
但是別忘了其中的樂趣,這些樂趣是吸引了許多人投入這個領域的極大誘因。 如果你喜歡這兩門學科那很好,請好好的玩它!如果你沒有那麼喜歡,那也無妨,你還是可以從中獲得一些樂趣。

2011年4月9日

酸鹼中和與滴定

這部份的課程,是要學生學會酸鹼中和的現象、計算、滴定、酸鹼指示計的使用和滴定的計算等等。課程講義在此

酸鹼中和的現象包含了放熱、產生水和產生鹽類這三個。放熱和產生水,都有很好的實驗活動可以驗證了。但是產生鹽類部分,課本上只有將反應完畢後的液體加熱煮乾,看到產生白色固體這樣的驗證方式。但是其實那個白色固體,也有可能是沒反應完的氫氧化鈉啊?

雖然上課的時候我也呼隆就過去了,不過其實我覺得如果把酸鹼中和後的產物,放在蒸發皿放一個禮拜,把水慢慢蒸乾。如果最後會有正立方體的結晶,或許證據會更鮮明。其實我今年有真的這樣做,也有看到正方形的結晶(薄薄的不像是立方體)但是在我拍下來之前,就被學生不小心洗掉了,所以沒有留下證據。



現象教完後,就用化學計量的方式做簡單的計算。酸鹼中和的計算是把

酸當量數 × 酸的濃度 × 酸的體積 = 鹼當量數 × 鹼的濃度 × 鹼的體積 

不過我實在不太喜歡這樣教,因為其實這東西根本就是氫離子莫耳數=氫氧根離子莫耳數而已。雖然我沒有查過真的化學史演進,但我相信「當量」這個觀念,是在所有分子式還不清楚時,化學家用「相對」的方式去訂出來的。這樣我們就能知道幾份的某酸可以和幾份的某鹼剛好中和。但是如果化學式都確立了,其實就可以不用去管當量數。

直接以氫離子莫耳數和氫氧根離子莫耳數相等出發去列出計算式,自然就會有當量數的觀念跑出來,只不過沒有當量數這個名詞而已。其實我在高中大學時,只要碰到「當量」兩個字,就很疑惑為什麼非得要有這個名詞不可。我想來源應該是化學發展過程的某個階段吧。

酸鹼中和練習完後,就上實驗台,讓學生練習使用滴定管,並且提供學生已知濃度的鹽酸和氫氧化鈉做滴定練習,判斷滴定終點。

去年之前,由於滴定管太少,我讓學生輪流操作滴定管,並且用「俄羅斯滴定管」來比賽。輪流滴定看誰最後滴到終點,就要負責洗管子。這可以讓學生更小心的操作滴定管。但今年我發狠自己掏腰包買了四根滴定管(一根兩百還好啦),就可以讓學生兩個人一組輪流操作。

寄件者 酸鹼滴定的練習與滴定終點的判定


寄件者 酸鹼滴定的練習與滴定終點的判定


滴定完成的顏色~ㄟ~好像有點爆了...(同學!老師這次有打光,臉沒有黑黑喔!)
寄件者 酸鹼滴定的練習與滴定終點的判定

練習完滴定管後,下一個問題是:為什麼酚酞變色範圍是pH8~10,卻可以在變色時,說這是「滴定終點」也就是氫離子和氫氧根離子相等的pH=7?

原因是pH=7的點和pH超過10的點,差異是很小很小的,雖然明知道有誤差,但是由於誤差很小,在沒有其他工具的情況下,這誤差是小到可以接受的。

啥?誤差很小?pH=7和10差了一千倍怎麼會小?這問題要解決,有兩個方式可以用。其一是在實驗室驗證。在滴定過程中,用廣用指示劑觀察顏色就可以觀察到一開始的顏色從紅色,滴一大堆鹽酸之後慢慢變黃色,然後接近綠色到藍色的過程,可能只要兩三滴。也就是在滴定終點附近的pH值上升相當快。

我今年選擇在電腦教室,用試算表來計算出理論的曲線。用0.1M的氫氧化鈉滴定10ml的0.1M的鹽酸,以每一次0.1ml的量來滴定,看看體積和pH值變化的曲線。

這樣的課程,學生要會操作電腦,使用excel之類的試算表,還要會列出適當的公式來計算pH值。最後看到數據和圖型還要會解釋。


寄件者 酸鹼滴定的練習與滴定終點的判定


在白板上解釋氫離子濃度的計算方式,然後解釋如何把這樣的計算式子教會excel,再轉成pH值。


寄件者 酸鹼滴定的練習與滴定終點的判定


讓學生自己操作電腦,獲得數據


寄件者 酸鹼滴定的練習與滴定終點的判定


最後讓學生上台解說實驗結果與推論。


寄件者 酸鹼滴定的練習與滴定終點的判定


就完成了這個課程囉。這課程想強調的是酸鹼滴定的計算(為了他們的未知濃度檢測鋪路)還有excel的使用,和數據的分析推論。但我又一直覺得應該用真實實驗數據會更好,只是用真實實驗數據的話,滴定後濃度計算的練習相對就少了一點。還是得有一點取捨。目前寫完的感覺是用實際實驗數據會更有fu才對。
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