學生一見「平衡」就以為「兩邊濃度相等」。這一堂要用一張 ICE 表把「平衡」翻譯成數字,再解釋為何工業條件永遠是取捨。
本堂目標 學生能夠:① 用 ICE 表由起始濃度推到平衡濃度;② 寫出 Kc 表達式並只放氣體與水溶液;③ 用勒沙特列原理解釋濃度、壓強、溫度改變的方向,並講出哈伯法的取捨。
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 |
| 摩爾濃度 |
1 mol 溶於 2 dm³ 的濃度 |
0.5 mol dm⁻³ |
| 二次方程 |
x² = 0.04 的正根 |
x = 0.2 |
| 可逆反應 |
可逆反應符號代表什麼 |
正逆反應同時進行 |
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 |
平衡的定義 |
速率相等、濃度不變,不是相等 |
講出三個特徵 |
| 8 分–22 分 |
ICE 表 |
起始、變化、平衡三行 |
填出 0.20 mol dm⁻³ |
| 22–36 分 |
Kc 計算 |
產物係數次方 ÷ 反應物 |
算出 Kc = 64 |
| 36–50 分 |
勒沙特列 |
濃度、壓強、溫度、催化劑 |
預測四個情境移動方向 |
| 50–56 分 |
哈伯法 |
產率與速率的取捨 |
講出三個條件理由 |
| 56–60 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:平衡不是相等,是速率相等
達到平衡時正反應速率=逆反應速率,各物濃度保持不變,但數值通常不相等。反應並未停止,只是淨變化為零。
催化劑只加快達到平衡,不改變平衡位置,也不改變 Kc。
要學生講:加催化劑後 Kc 會否改變(不會,只縮短時間)。
第二幕:ICE 表:三步填完就有答案
H₂ + I₂ ⇌ 2HI,起始各 1.00 mol dm⁻³,平衡時 [HI] = 1.60 mol dm⁻³。
HI 增加了 1.60,按係數 1:1:2,H₂ 與 I₂ 各減少 0.80,平衡時各為 0.20 mol dm⁻³。
Kc = [HI]² ÷ ([H₂][I₂]) = 1.60² ÷ (0.20 × 0.20) = 64。轉化率 = 0.80 ÷ 1.00 = 80%。
要學生計:若起始 HI 為 1.00 而 H₂、I₂ 為 0,平衡時 HI 剩多少(用同一 Kc 反推)。
第三幕:勒沙特列:四個情境一張表
加反應物 → 向右;移走產物 → 向右;加壓(氣體摩爾數減少方向)→ 向右;升溫 → 向吸熱方向。
例:N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃,左邊 4 mol 氣體、右邊 2 mol,所以加壓有助產率,Kc = [NH₃]² ÷ ([N₂][H₂]³) = 1.00² ÷ (0.50 × 1.50³) = 0.593。
哈伯法:450 °C(速率與產率的折衷)、200 atm(提高產率)、鐵催化劑(加快達到平衡)。
提醒:升溫對放熱反應是「產率下降、速率上升」,兩個問題要分開答。
04 必教題型與步驟
| 題型 |
例子 |
步驟 |
答案 |
| 計算 |
由平衡濃度求 Kc |
寫表達式,係數變次方 |
64 |
| 計算 |
ICE 表推平衡濃度 |
起始、變化、平衡 |
0.20 mol dm⁻³ |
| 判斷 |
改變條件後移動方向 |
勒沙特列四情境 |
向右/向左 |
| 解釋 |
哈伯法條件取捨 |
產率、速率、成本三角 |
450 °C、200 atm、Fe |
合理性檢查(一定要教):Kc 只放氣體與水溶液,純固體與純液體不入式。算出的平衡濃度必須小於起始濃度(除非產物逆向分解),若大於起始值,多數是 ICE 表加減方向寫反。Kc 無單位,數值大小只代表產物比例。
05 獨立練習三題
| 題目 |
答案 |
想觀察什麼 |
| H₂、I₂ 起始各 1.00、平衡 [HI] = 1.60 的 Kc |
64 |
ICE 表先減半 |
| [N₂]=0.50、[H₂]=1.50、[NH₃]=1.00 的 Kc |
0.593 |
係數變次方 |
| 加壓對 N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ 的影響 |
向右移動 |
數氣體摩爾數 |
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 |
| 把平衡當濃度相等 |
答「平衡時 [H₂] = [HI]」 |
「速率相等,唔係濃度相等。」 |
| Kc 表達式漏次方 |
Kc 寫成 [NH₃] ÷ ([N₂][H₂]) |
「係數係 2 同 3,就要二次方同三次方。」 |
| 固體入 Kc |
把 CaCO₃ 寫入表達式 |
「純固體濃度固定,唔入式。」 |
| 升溫當增產 |
答「升溫令放熱反應產率上升」 |
「升溫向吸熱方向,放熱反應反而減產。」 |
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 |
| H₂、I₂ 各 1.00、[HI] = 1.60 時的 Kc |
64 |
三題全對=可進酸鹼平衡 |
| 加壓對合成氨的影響 |
向右移動 |
錯一題=下堂前重講勒沙特列 |
| 催化劑對 Kc 的影響 |
不變 |
錯兩題以上=回到第一幕 |
09 導師常問
Kc 有單位嗎?
DSE 視為無單位,只需數值;寫單位不扣分但不必。
為何哈伯法不用更低溫?
低溫雖然產率高,但速率太慢,工業上等不起。
平衡時反應真的停了嗎?
沒有,正逆反應仍在進行,只是速率相等、淨變化為零。
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