學生識講「酸有 H⁺」,但一見 pH 就當它是一條要背的公式。這一堂要把 pH 還原成濃度的另一種寫法:pH 只是把 [H⁺] 取負對數,濃度每差十倍,pH 就差一。
本堂目標 學生能夠:① 由強酸濃度直接算 pH,並解釋弱酸為何 pH 偏高;② 用 n = cV 算中和所需體積;③ 用 q = mcΔT 算中和熱並說明為何實測值低於文獻值。
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 |
| 摩爾與濃度 |
n = cV 中 V 用什麼單位 |
dm³,即 cm³ 除以 1000 |
| 對數 |
log 10 等於多少 |
1 |
| 能量單位 |
1 kJ 等於多少 J |
1000 J |
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 |
溫故:n = cV |
濃度的三種算法 |
學生口算 25 cm³ × 0.1 M |
| 8–20 分 |
pH 是濃度的鏡 |
0.010 M HCl 的 pH |
算出 pH 2.00 |
| 20–32 分 |
弱酸為何 pH 高 |
CH₃COOH 0.10 M |
算出 pH 2.87 |
| 32–44 分 |
滴定摩爾比 |
0.125 M HCl 要幾多 cm³ |
算出 20.0 cm³ |
| 44–54 分 |
中和熱 |
q = mcΔT 再除摩爾 |
算出 58.8 kJ/mol |
| 54–60 分 |
離場檢查 |
三題收回即批 |
獨立完成 |
03 講解腳本(照著說就可以)
第一幕:pH 不是新東西,只是濃度的另一種寫法
0.010 M HCl 完全電離,[H⁺] = 0.010 M,pH = −log 0.010 = 2.00。稀釋十倍變 0.0010 M,pH 變 3.00。導師要在白板寫兩行並列,讓學生看見「濃度除十、pH 加一」。
板書重點:pH 不是新東西,只是濃度的另一種寫法
第二幕:弱酸:pH 高不是因為酸少,是因為未電離
0.10 M CH₃COOH 的 Ka = 1.8×10⁻⁵,[H⁺] = √(Ka·c) = 1.34e-03 M,pH = 2.87。同樣 0.10 M 的 HCl pH 是 1.00,差 1.87 只是因為大部分醋酸分子未放氫離子。
板書重點:弱酸:pH 高不是因為酸少,是因為未電離
第三幕:中和熱:先算熱,再除摩爾
25.0 cm³ 0.100 M NaOH 與 25.0 cm³ 0.125 M HCl 混合,總質量 50 g,升溫 0.7 K。q = mcΔT = 50×4.2×0.7 = 147 J;n = 0.0025 mol;ΔH = 58.8 kJ/mol。文獻值約 57.3,差額來自熱散失與溫度計誤差。
板書重點:中和熱:先算熱,再除摩爾
04 必教題型與步驟
| 題型 |
例子 |
步驟 |
答案 |
| 計算 |
強酸 pH |
pH = −log c |
2.00 |
| 計算 |
弱酸 pH |
先 √(Ka·c) 再取 log |
2.87 |
| 滴定體積 |
1:1 中和 |
c₁V₁ = c₂V₂ |
20.0 cm³ |
| 能量 |
中和熱 |
q = mcΔT ÷ n |
58.8 kJ/mol |
合理性檢查(一定要教):單位先統一:cm³ 一律先除 1000 變 dm³ 才乘濃度。弱酸用 √(Ka·c) 之前要確認 Ka 夠小,否則要解二次方程。量熱法要扣走溫度計與杯的熱容量,否則 ΔH 偏大。
05 獨立練習三題
| 題目 |
答案 |
想觀察什麼 |
| 0.010 M HCl 的 pH |
2.00 |
−log 0.010 |
| 0.10 M CH₃COOH(Ka = 1.8×10⁻⁵)的 pH |
2.87 |
√(1.8×10⁻⁵×0.10) |
| 中和 25.0 cm³ 0.100 M NaOH 所需 0.125 M HCl 體積 |
20.0 cm³ |
n = cV 再除 c |
| 上述混合液升溫 0.7 K 的 ΔH |
58.8 kJ/mol |
q = mcΔT ÷ n |
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 |
| cm³ 直接乘濃度 |
25 × 0.100 = 2.5 mol |
「25 係 cm³,唔係 dm³,除 1000 先係 0.0025。」 |
| 弱酸當強酸算 |
0.10 M 醋酸 pH = 1.00 |
「醋酸只電離百分之一,pH 應該係 2.87。」 |
| 中和熱忘記除摩爾 |
答 147 kJ/mol |
「呢個係 J,仲要除 0.0025 mol 先係每摩爾。」 |
| 滴定用錯摩爾比 |
H₂SO₄ 當 1:1 計 |
「一條 H₂SO₄ 有兩個 H⁺,體積要減半。」 |
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 |
| 0.010 M HCl 的 pH |
2.00 |
答對=可進緩衝溶液 |
| 0.10 M 醋酸的 pH |
2.87 |
錯=下堂重講 Ka |
| 25.0 cm³ 0.100 M NaOH 需 0.125 M HCl 幾多 cm³ |
20.0 cm³ |
錯=重練 n = cV |
09 導師常問
pH 一定要用計算機嗎?
DSE 卷一不允許,所以只會考 0.10、0.010 這類十的次方,要練到心算。
為何中和熱不是每種酸都一樣?
強酸強鹼完全電離,本質都是 H⁺ + OH⁻;弱酸要先電離,吸收部分能量,放熱較少。
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