學生寫得出「Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu」,但一到「兩個電極同時有幾種離子爭奪」就亂,質量計算又常忘記電子數。這一堂用一條次序線加一條電量線,把整章收窄成兩個動作。
本堂目標 學生能夠:① 按放電次序判斷陰極與陽極各發生哪個反應,並講出理由;② 寫出平衡的電極半反應式,並核對電荷與原子數;③ 用 Q = It 及 n(e⁻) = Q/F 由電量推算析出物質的質量;④ 在 4 分鐘內算出 2.0 A、30 分鐘電解析出的銅質量(答案約 1.18 g)。
01 先備知識(開課前 3 分鐘快檢)
以下任何一項未過關,本堂就會卡住,先補該項:
| 技能 |
快檢題 |
過關標準 |
| 離子與電子 |
Cu²⁺ 變成 Cu 要得幾多粒電子? |
答「2 粒」 |
| 氧化還原 |
陰極是氧化還是還原? |
答「還原,得電子」 |
| 電量單位 |
1 A 通電 1 秒 = 幾多 C? |
答「1 C」 |
02 課堂流程(60 分鐘)
| 時間 |
環節 |
導師做什麼 |
學生做什麼 |
| 0–8 分 |
快檢三題 |
抽問電子數、陰極反應、電量 |
口頭答,錯即補 |
| 8–22 分 |
放電次序 |
比較四組離子的位置與濃度影響 |
排次序並講理由 |
| 22–34 分 |
寫半反應式 |
示範平衡步驟,核對電荷 |
自行寫兩條 |
| 34–48 分 |
電量與質量 |
Q = It → n(e) = Q/F → 除以電子數 |
逐步計一次 |
| 48–56 分 |
限時實作 |
一題電鍍、一題電解鹽水 |
獨立完成不查書 |
| 56–60 分 |
離場檢查 |
按三個得分點逐題問 |
自評並圈錯處 |
03 講解腳本(照著說就可以)
第一幕:先排次序,再寫反應
電解題的核心不是背反應式,而是排次序:陰極爭奪電子(越易還原越先),陽極爭奪放電(越易氧化越先)。中學常考的四組要熟:陰極 Cu²⁺ 先於 H⁺,陽極 Cl⁻ 先於 OH⁻(濃鹽水),稀溶液則 OH⁻ 先放氧。次序排好之後,反應式只是把那個離子加電子寫成平衡式,五秒就寫得出。要求學生先寫「陰極:__先放;陽極:__先放」兩句,再寫方程式。
每次出題先要學生口頭排次序,錯次序即時糾正,不要讓他直接寫式。
第二幕:半反應式三步核對
寫法固定:① 寫出反應物與生成物;② 補電子令電荷平衡(Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu,左邊 +2 −2 = 0,右邊 0);③ 數原子,兩邊都要一個 Cu。電鍍題要同時寫陰極(物件上鍍金屬)與陽極(鍍層金屬溶解),兩條式相加要等於整條電池反應,電子數要對消。若學生寫 Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ 放錯電極,問他一句「邊個電極得電子」,就會自己發現。
寫完式之後強制做一次電荷核對,口頭講「左邊總電荷等於右邊」。
第三幕:電量線:Q → 電子摩爾數 → 質量
三步線:Q = It,n(e⁻) = Q/96500,再由半反應式的電子數換成金屬摩爾數,最後乘摩爾質量。本堂例題:2.0 A × 1800 s = 3600 C,n(e⁻) = 3600/96500 = 0.0373 mol;銅是二價,n(Cu) = 0.0373/2 = 0.0187 mol,質量 = 0.0187 × 63.5 = 1.18 g。同一電量鍍銀(一價)就是 4.03 g,因為電子數只需除 1。這一步最常錯的是「忘記除以電子數」與「時間用分鐘」。
要學生先在紙上寫 Q = It 並填數,再准許計下一步。
04 必教題型與步驟
| 題型 |
例子 |
步驟 |
答案 |
| 放電次序 |
兩個電極各放甚麼 |
比較還原/氧化難易 → 濃度影響 |
次序講得出理由 |
| 半反應式 |
寫陰極或陽極反應 |
寫物種 → 補電子 → 核對原子 |
電荷兩邊相等 |
| 電鍍計算 |
鍍層質量 |
Q = It → n(e) → 除以價數 → 乘摩爾質量 |
1.18 g |
| 電解產物判斷 |
鹽水電解的產物 |
陰極 H₂、陽極 Cl₂(濃)/O₂(稀) |
連理由一齊答 |
合理性檢查(一定要教):數字自我檢查:2.0 A × 1800 s = 3600 C;3600 ÷ 96500 ≈ 0.0373 mol 電子,銅二價所以金屬摩爾數是 0.0187 mol,乘 63.5 得 1.18 g;銀一價就是 4.03 g,同一電量下銀的質量約為銅的 3.4 倍,這個比例可以用來快速驗算。若答案偏細十倍,通常是時間用了分鐘而沒有乘 60;偏大兩倍,通常是忘記除以價數。
05 獨立練習三題
| 題目 |
答案 |
想觀察什麼 |
| 以 2.0 A 電解硫酸銅溶液 30 分鐘,陰極析出多少銅? |
1.18 g |
有無先算 Q = It |
| 同一電量用於鍍銀,鍍層質量多少? |
4.03 g |
有無除以 1 而非 2 |
| 濃鹽水電解,陽極產生甚麼?為甚麼? |
氯氣,因 Cl⁻ 比 OH⁻ 易氧化 |
有無講理由 |
06 學生常見錯誤與糾正句
| 錯誤 |
學生通常這樣寫 |
導師這樣說 |
| 時間用分鐘直接乘 |
Q = 2.0 × 30 = 60 C |
「Q = It 嘅 t 係秒,你寫分鐘就差 60 倍。」 |
| 忘記除以電子數 |
直接寫 n(Cu) = 0.0373 mol,質量算成 2.4 g |
「Cu²⁺ 要 2 粒電子,你當 1 粒,所以質量大一倍。」 |
| 陰陽極反應對調 |
陰極寫成氧化 |
「陰極得電子係還原,你寫嘅係陽極反應。」 |
| 半反應式未平衡電荷 |
Cu²⁺ + e⁻ → Cu |
「左邊 +1,右邊 0,差一個電子,唔平衡就冇分。」 |
07 家課建議(直接指到練習卷題號)
08 離場檢查(最後 5 分鐘)
| 題目 |
答案 |
判定 |
| 放電次序 |
陰極先 Cu²⁺、陽極濃鹽水先 Cl⁻ |
排不出:重教第一幕 |
| 電子數 |
Cu 2 粒、Ag 1 粒 |
答錯即重寫半反應式 |
| Q = It |
3600 C,時間用秒 |
用分鐘:罰重做兩題 |
09 導師常問
為甚麼陽極可以是惰性電極?
用碳或鉑時陽極不參與反應,只放電溶液中的離子;用銅作陽極則銅會溶解。
電鍍時物件放哪一極?
放陰極,因為要被還原的金屬離子附上物件表面。
法拉第常數要背嗎?
題目通常給 96500 C/mol,記住它等於 1 mol 電子的電量就夠。
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