學生把「正極」當成「陽極」背,一換到電解池就全錯。這一堂只用一條線索:電子由哪裡流向哪裡。
本堂目標 學生能夠:① 由電子流向判斷哪一極發生氧化、哪一極發生還原,並講出電解池與化學電池的分別;② 寫出兩個半方程並組合成完整的電池反應,標明電子數目;③ 用 Q = It 與法拉第常數計算電解產物質量,例如 0.50 A 通電 30 分鐘可沉積約 0.30 g 銅。
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 |
| 氧化數 |
氧化數上升代表什麼 |
氧化,失去電子 |
| 離子方程式 |
怎樣把兩個半方程相加 |
先配電子數目,再逐項相加 |
| 摩爾與質量 |
摩爾數怎樣換成質量 |
乘摩爾質量 |
02 課堂流程(45 分鐘)
| 時間 |
環節 |
導師做什麼 |
學生做什麼 |
| 0–5 分 |
兩池對照 |
電池放電與電解充電並排畫 |
講出電子流向 |
| 5–15 分 |
一條線索:電子流向 |
由負極出發,經外電路到正極 |
標對兩個半方程 |
| 15–25 分 |
半方程與總反應 |
先配電子再相加 |
電子數相等 |
| 25–40 分 |
電量計算 |
0.50 A、30 分鐘、Q = 900 C |
沉積 0.30 g 銅 |
| 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:一條線索:電子由負極流出,流向正極
化學電池放電時,負極是較活潑的金屬,它失去電子,發生氧化;電子經外電路流向正極,在那裡被還原劑種接收。電解池剛好相反,外部電源把電子由陽極抽走,所以陽極發生氧化。
兩個名詞要分清:陽極永遠是氧化,陰極永遠是還原,這一點電池與電解池都成立;但電池的陽極是負極,電解池的陽極是正極。學生背「正負」就會亂,記「氧化在哪一極」就不會。
課堂上畫兩張並排的圖,箭頭都指向電子流向,學生一眼看到分別。
要學生講:電解池中陽極接電源哪一邊。
第二幕:半方程先配電子,才相加
寫半方程三步:一,寫出物種變化;二,用 H₂O 與 H⁺(酸性)或 OH⁻(鹼性)配原子;三,加電子配電荷。
兩個半方程相加前,電子數目必須相等,所以要找最小公倍數。這一步學生最常跳過,直接相加就會出現半個電子。
檢查方法只有一條:總反應方程左右兩邊的電荷總和要相等,電子在中間被消去,不應出現在總方程中。
要學生講:為甚麼總反應方程不會出現電子。
第三幕:電量計算:先算庫侖,再算摩爾電子,最後才算質量
三步固定:Q = It,0.50 A × 30 × 60 s = 900 C;摩爾電子 = Q ÷ 96500 = 0.0093 mol;銅是二價,所以銅摩爾數 = 0.0093 ÷ 2 = 0.0047 mol,質量 = 0.0047 × 63.5 = 0.30 g。
反過來問就更清楚:要沉積 1.00 g 銅,需要 3039 C,即 0.50 A 要通 101 分鐘。兩個方向都練一次,學生才知道自己在算什麼。
單位是這一題的殺手:分鐘要乘 60,安培是 C/s,質量用克,全部寫在算式旁邊。
要學生講:如果把電流加倍,沉積同樣質量需要多少時間。
04 必教題型與步驟
| 題型 |
例子 |
步驟 |
答案 |
| 電子流向判斷 |
指出哪一極氧化 |
找負極或電源負端,電子由此流出 |
陽極氧化、陰極還原 |
| 寫半方程 |
寫出陽極與陰極反應 |
配原子、配電荷、加電子 |
兩邊電荷相等 |
| 電池總反應 |
組合兩個半方程 |
先配電子數目,再相加 |
總方程無電子 |
| 電解量計算 |
求沉積質量或所需時間 |
Q = It,除 96500,除電子數,乘摩爾質量 |
900 C 得 0.30 g 銅 |
合理性檢查(一定要教):檢查三個數:電量 900 C、電子 0.0093 mol、銅 0.30 g。合理性靠一條:1 mol 電子(96500 C)沉積半 mol 銅,即約 31.75 g;今次用了 0.0093 mol 電子,所以質量必然遠小於 31.75 g,0.30 g 合理。算出來大過 31.75 g,就一定是漏了除 2。
05 獨立練習三題
| 題目 |
答案 |
想觀察什麼 |
| 0.50 A 通電 30 分鐘,通過多少庫侖? |
900 C |
有無乘 60 |
| 上題在硫酸銅溶液中沉積多少銅? |
0.30 g |
有無除以 2(二價銅) |
| 要沉積 1.00 g 銅,0.50 A 要通多久? |
約 101 分鐘 |
有無先轉回庫侖再除電流 |
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 |
| 陽極陰極與正負極混淆 |
寫「電解池陽極是負極」 |
「記氧化嗰極,唔好記正負;氧化永遠在陽極。」 |
| 電子未配平就相加 |
總方程出現半個電子 |
「兩個半方程電子數要一樣,唔一樣就乘。」 |
| 分鐘沒乘 60 |
直接用 Q = 0.50 × 30 |
「安培係每秒,時間一定要秒,唔係分鐘。」 |
| 忘記銅是二價 |
質量算成 0.59 g |
「一個銅離子要兩個電子,唔除二就大一倍。」 |
07 家課建議(直接指到練習卷題號)
- DSE 化學練習卷(電化學) 第 2 至 4 題:每題先畫電子流向箭頭,再寫兩個半方程;總方程要標明電子已消去。
- 同一份卷計算題 第 6 題:由 0.50 A 與時間求質量,再由質量反求時間,兩個方向都要寫出單位。
08 離場檢查(最後 5 分鐘)
| 題目 |
答案 |
判定 |
| 陽極發生什麼反應 |
氧化 |
答還原=重講第一幕 |
| 1 mol 電子可沉積多少銅 |
半 mol,約 31.75 g |
答 63.5 g 代表忘記二價 |
| 900 C 沉積多少銅 |
約 0.30 g |
答 0.59 g 代表忘記除二 |
09 導師常問
電池與電解池要分開背嗎?
不用。只記一條:氧化在陽極、還原在陰極;再記電子由哪裡流出,兩池就自然分開。
96500 這個數要背嗎?
要,而且要知道它是 1 mol 電子的電量,單位是 C/mol。
電解稀硫酸銅與濃硫酸銅有分別嗎?
有。稀溶液時水也可能被氧化,題目通常會給提示,按提示寫半方程。
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