2026-04-24

化學反應速率:以硫代硫酸鈉和底片定影為例開始

利用 Na2S2O3清除底片上的 AgBr 的歷程會使片基呈現變成透明,透過調製不同濃度,可以讓學生觀察不同濃度下的反應速率,課本原是利用 Na2S2O3 加入 HCl 計時看硫沉澱的歷程,受限於設備數量,較少同時處理,我之前的替代方式是平板錄影,重播來看當作計時。

操作

  1. 利用打孔器將底片打出小圓片(直徑7mm),一卷 36 張的黑白底片可以打 540 個以上,有在拍底片,其實前面的片頭就很夠一個班用
  2. 在底片的片基面用麥克筆畫上十字,不同的底片會有不同的乳劑,但大多是比較霧的那面,比較亮、會反光的是片基面。

  3. 滴一滴 Na2S2O3 在乳劑面,同時錄影,當看清楚十字,則是完成 AgBr 清除,計時停止,這步驟也是底片沖洗的定影流程。為了方便,我會將 Na2S2O3 裝在眼藥水瓶,除標示不同濃度外,也讓學生以手握眼藥水瓶方式來升溫,當作兩個不同反應溫度。
    學生操作

  4. 考量時間因素,若來不及,不一定要做四組(濃度高低 x 溫度高低), Na2S2O3 在溶解的時候會吸熱,根據經驗,當我泡製 20% 250ml Na2S2O3 水溶液時,會降 10˚C,教師亦可利用低溫、常溫、手握溫度來操作。而我所選用的則是 20% 常溫、20% 手溫、和 40% 低溫, 40% 低溫是因當下調配,溫度回升不回來,另一方面也覺得濃度增加卻是降溫的,可以有討論空間
    完成後紀錄秒數

    在另一個教師研習會場,根據低溫和手溫兩條件所做的箱子圖,藍色為低溫,紅色為手溫

結果討論

實驗結果

操作過後,請學生提出影響結果的因素,學生大致表達:

  1. 溫度
  2. 濃度
  3. 錄影角度為俯視或偏側面
  4. 「時間到」十字出現模糊或清晰程度定義上的差異
  5. 操作者滴入 Na2S2O3 滲到十字那面去
  6. 滴入的 Na2S2O3

從列出表格就能直覺說明出變因是溫度和濃度,後面幾項就比較偏向操作誤差,討論完之後,利用網頁模擬可視化分子的粒子,操作時先看反應物 A 濃度變高和溫度提高對於粒子的變化,隨後加入另一個反應物 B,當無法合成 C 的時候,再利用攪拌(手指或滑鼠去撥弄A和B來撮合)的方式來加速形成,這時候引入以前學過的酵素概念,並打開更多選項當中的催化劑,說明催化劑活化能功能,最後則是表面積的部分。課程最後結束的時候再準備檸檬酸滴入 Na2S2O3 水溶液,讓學生觀察混濁物,結束了這節課。

網頁輔助

而這個製作網頁可以接後續的可逆反應,為了要模擬,即便國中不會學到平衡常數K,程式碼後端看起來很複雜的 K 卻需要定義出來。

A加B等於C是一個放熱反應,當不加入逆反應的時候,A和B會盡全力地合成C直到某方用完。開啟逆反應時,預設A , B 都 1 mole ,最多就只合成C 0.9 mole留剩下 0.1 mole於是25°C 的基準 K = 90

  • 降溫 → K 變大 → 更偏向生成 C
  • 升溫 → K 變小 → 更偏向分解 C

在可逆反應時,先操作讓反應達到平衡、再去動溫度,觀察變動、再更動、再觀察。讓學生觀察到在調整到平衡的時候升溫、產物濃度下降 ; 平衡的時候降溫,產物濃度上升,這個現象,我沒有那個紅棕色氣體可以演示的情況下,這是個替代模擬做法。也加入了音效的部分,讓正反應速率用聽覺來體感,若太吵就靜音,還是有折線圖和數據可看。

沒有留言: