學生識背 pH = −log[H⁺],但一問「為甚麼弱酸同濃度 pH 較高」就答不出。這一堂由粒子行為講到滴定終點。
本堂目標 學生能夠:① 講出強酸與弱酸在水中的分別(完全電離與部分電離),並由此解釋同濃度下 pH 的差異;② 用 n = cV 完成滴定計算,並由摩爾比推出未知濃度;③ 按強酸強鹼、弱酸強鹼、強酸弱鹼三類選擇指示劑,並講出等當點的 pH 範圍。
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 三個符號的單位 |
mol、mol dm⁻³、dm³ |
| 電離 |
HCl 在水中變成什麼 |
H⁺ 與 Cl⁻ |
| 對數 |
10⁻³ 的 log 值 |
−3 |
02 課堂流程(45 分鐘)
| 時間 |
環節 |
導師做什麼 |
學生做什麼 |
| 0–8 分 |
強酸與弱酸 |
同濃度比較電離程度與導電性 |
講出「部分電離」 |
| 8–18 分 |
pH 與稀釋 |
0.100 M HCl pH 1,稀釋十倍加一 |
兩題都由學生算 |
| 18–30 分 |
滴定摩爾比 |
25 cm³ 鹼配 20.0 cm³ 酸,逐步算 |
n = 2.50 × 10⁻³ mol |
| 30–40 分 |
選指示劑 |
三類酸鹼組合各選一次並講理由 |
三類都選對 |
| 40–45 分 |
離場三問 |
即場批,錯即場改 |
三題全對 |
03 講解腳本(照著說就可以)
第一幕:強酸弱酸:分別在電離程度,不在濃度
鹽酸是強酸,在水中幾乎完全電離,0.100 M 的溶液 [H⁺] 就是 0.100 M,pH = 1。醋酸是弱酸,同濃度下只有約百分之一電離,[H⁺] 遠低於 0.100 M,pH 約 3。
這個分別可以用三個現象驗證:同濃度下弱酸 pH 較高、導電性較弱、與碳酸鹽反應較慢。三個現象都指向同一個原因:溶液中自由氫離子較少,不是「酸性較弱」這句空話。
教法上先問「同濃度、同體積,哪個 pH 較低」,要學生講原因;只答「強酸較強」不收貨,要講到「電離程度」四個字。
要學生講:為甚麼同濃度的醋酸 pH 比鹽酸高?
第二幕:pH 與稀釋:十倍稀釋等於 pH 加一
pH 的定義是 −log[H⁺],所以 [H⁺] = 0.100 M 時 pH = 1,[H⁺] = 0.010 M 時 pH = 2。濃度除以十,pH 加一;這是因為 log 10 = 1,不是因為「酸少了十倍所以 pH 乘十」。
這條規則只在強酸、且濃度遠高於水的自電離時成立。稀釋到 10⁻⁷ M 附近,水的自電離開始主導,pH 不會無限上升,只會趨向 7。這一點要講,否則學生會算出 pH 9 的酸。
另外要學生習慣:pH 每差一,[H⁺] 差十倍;pH 差二,差一百倍。這個換算在選擇題最常考。
要學生講:pH 由 2 降到 1,[H⁺] 變成幾倍?
第三幕:滴定:先算摩爾,再講終點
以 0.100 M 氫氧化鈉 25.0 cm³ 滴定鹽酸為例。先算鹼的摩爾數:n = cV = 0.100 × 0.025 = 2.50e-03 mol。鹽酸與氫氧化鈉是 1:1,所以酸的摩爾數相同。若酸濃度是 0.125 M,所需體積 V = n / c = 2.50e-03 / 0.125 = 0.020 dm³ = 20.0 cm³。
三步固定:寫平衡式、找摩爾比、用 n = cV 換算。任何一步跳過,學生就會把 25.0 與 20.0 直接倒轉相乘。
指示劑選擇由等當點 pH 決定:強酸強鹼等當點 pH 7,酚酞或甲基橙皆可;弱酸強鹼等當點 pH 大於 7,用酚酞;強酸弱鹼等當點 pH 小於 7,用甲基橙。
要學生講:為甚麼弱酸用強鹼滴定時,等當點的 pH 不是 7?
04 必教題型與步驟
| 題型 |
例子 |
步驟 |
答案 |
| pH 計算 |
0.010 M 鹽酸的 pH 是多少? |
先寫 [H⁺],再取 −log |
pH = 2 |
| 稀釋 |
把 0.100 M 鹽酸稀釋一百倍,pH 變成多少? |
濃度除 100,pH 加 2 |
pH = 3 |
| 滴定計算 |
0.100 M 鹼 25.0 cm³ 配 0.125 M 酸,需多少體積? |
先算鹼摩爾,再用 1:1 摩爾比除酸濃度 |
20.0 cm³ |
| 指示劑選擇 |
醋酸與氫氧化鈉滴定,選哪個指示劑? |
先判斷等當點 pH 大於 7,再選變色範圍 |
酚酞 |
合理性檢查(一定要教):檢查數字:0.100 M × 0.025 dm³ = 2.50e-03 mol;2.50e-03 mol ÷ 0.125 M = 0.020 dm³ = 20.0 cm³;0.100 M 強酸 pH 1,稀釋十倍 pH 2。三組數字互相呼應,課堂上要學生自己按一次計數機。
05 獨立練習三題
| 題目 |
答案 |
想觀察什麼 |
| 0.050 M 氫氧化鈉 20.0 cm³ 需 0.100 M 鹽酸多少體積? |
10.0 cm³(n = 1.00 × 10⁻³ mol,1:1)。 |
是否先算鹼摩爾再除酸濃度 |
| pH 3 的溶液,[H⁺] 是多少? |
1 × 10⁻³ M。 |
是否用 10 的負 pH 次方,而不是 pH 乘某個數 |
| 氨水與鹽酸滴定,等當點 pH 大約在哪裡?選哪個指示劑? |
小於 7,用甲基橙。 |
是否由「弱鹼」推出等當點偏酸 |
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 |
| pH 與濃度成正比 |
「稀釋十倍,pH 也除十」 |
「pH 是對數,濃度除十,pH 加一。」 |
| 摩爾比當 1:1 |
硫酸與氫氧化鈉也當 1:1 |
「先寫平衡式,H₂SO₄ 要兩個氫氧根。」 |
| 指示劑只看顏色 |
「酚酞變粉紅就是終點」 |
「終點要配合等當點 pH,不是見變色就停。」 |
| 單位混用 |
cm³ 直接乘 mol dm⁻³ |
「先把 cm³ 除 1000 變 dm³,再乘濃度。」 |
07 家課建議(直接指到練習卷題號)
- DSE 化學酸鹼練習卷 酸鹼部分第 1 至 4 題:每題寫出平衡式、摩爾比與 n = cV 三步,限 20 分鐘。
- 同一份卷滴定部分 第 5 至 7 題:包括一題指示劑選擇,答案要寫等當點 pH 的判斷理由。
08 離場檢查(最後 5 分鐘)
| 題目 |
答案 |
判定 |
| pH 2 的 [H⁺] |
1 × 10⁻² M |
答 2 M 表示仍把 pH 當濃度 |
| 強鹼滴弱酸的指示劑 |
酚酞 |
答甲基橙表示未判斷等當點 pH |
| 25.0 cm³ 換成 dm³ |
0.0250 dm³ |
答 0.25 表示除以 100 |
09 導師常問
pH 一定在 0 到 14 之間嗎?
不一定,濃酸可以低於 0,濃鹼可以高於 14;DSE 題目多數在 0 至 14 內。
滴定終點與等當點一樣嗎?
不完全一樣。等當點是摩爾比剛好相等,終點是指示劑變色,兩者可以有少許差距。
為甚麼弱酸滴定曲線的等當點不明顯?
因為緩衝區較長,pH 跳升較平緩,所以選指示劑要看等當點而不是看曲線斜度。
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