一種評量學生對化學平衡觀念精熟度的方法(A Method to Evaluate Students’ Mastery of the Chemical Equilibrium Concept)
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
學生在學習化學平衡時，經常對於一些重要的概念產生混淆，諸如化學反應的可逆性 (reversibility)；反應平衡時是反應完成或是終結？平衡是靜態 (static) 或動態 (dynamic)；平衡是否在振盪 (oscillating) 後完成…等，以致造成後續的學習困擾。有經驗的教師在教導這些章節時，均會利用各種方法，以強化這些概念，並釐清迷思，更輔以評量試題，以診斷學生是否確實能精熟這些內容。但使用一般選擇題的評量方式，很難看出學生選擇某個選項後面的真正理由，無法得知產生迷失的所在。Marco Ghirardi 等作者曾提出以畫出微觀圖像的評量方式（請參酌參考文獻 4）做為替代方式，具有立即性的診斷效果，茲將其法引用於高中教學並介紹如後，供大家參酌。
學生在化學平衡認知上的迷思概念（下）(Student’s Misconceptions on the Concept of Chemical Equilibrium (II))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
為了使可逆及動態平衡的概念更加穩固，可藉下列演示實驗讓學生有更深刻的印象，如果學生此時尚未學習錯離子，（式— 2）可用藍色、粉紅色物質代表錯離子，無須寫出化學式。將水合氯化亞鈷晶體大約 3 克，置入燒杯中，加入異丙醇液體使晶體溶解，配成 25 mL 的溶液，其濃度約為 0.5 M，呈深藍色。配好的「非」水溶液的系統可由下式表示，在此水分子不是溶劑，而是反應物。
學生在化學平衡認知上的迷思概念（上）(Student’s Misconceptions on the Concept of Chemical Equilibrium (I))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
甫教高中生有關化學平衡的章節時，經常碰到幾個觀念學生容易混淆、無法了解，例如可逆性 (reversibility)、反應完成或終結有何差別、平衡是靜態 (static) 或動態 (dynamic)、平衡位置向左或向右移動的意涵…等，這些困擾有些源自於學生先備知識的認知架構，匡限了後學內容的認知了解，有些源自於教學用語的不良溝通，更有些出自没有適當的模型或演示，造成微觀現象的不了解，這些問題不僅在國內的教學現場處處可見，在國外的研究探討也屢見不鮮，詳見參考文獻。本文將以一些實例說明這些迷失概念產生的原因，並藉助一些演示實驗，加以釐清及說明。
科學家傳記—亨利．路易．勒沙特列 (Henry Louis Le Châtelier)
國立臺灣師範大學化學系博士生 林欣慧
圖一、勒沙特列。（來源：參考資料 5）
勒沙特列（Henry Louis Le Châtelier，圖一） 1-3 是法國的科學家，1850 年 10 月 8 日出生於法國巴黎， 1936 年 9 月 17 日卒於米里貝萊埃舍萊（伊澤爾省），享年 86 歲。重要的貢獻便是他所提出的勒沙特列原理 (Le Chatelier’s principle)4。
勒沙特列是家中的長子，母親對他們的兒時的教育相當嚴格，生活相當規律，也造就了他嚴格遵守法律和規範的習慣。
勒沙特列的父親路易·勒沙特列也是一位法國重要的化學家及工程師6，對法國的鐵路運輸有重要的貢獻。以及發展從鋁土礦中生產鋁的工業製程，和西門子馬丁鋼 (Siemens-Martin steel) 的製造，對法國的工業發展有重要的貢獻。受到父親的影響以及家中經常來往的客人都是法國知名的科學家及工程師，因此家中五個兄弟都選擇了科學相關行業。
自發性反應的迷失(下) The misconception of spontaneous reaction (II)
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏教授
連結：自發性反應的迷失(上)
二、碳酸水溶液中的反應
上面的例子發生在家庭的藥箱裏，接下來轉到廚房的冰箱中最常看到碳酸飲料，為了簡化討論，將添加的色素、香料及甜劑均排除，僅探討碳酸水溶液，即將 $$\mathrm{CO_2}$$ 溶在水中的反應。儘管 $$\mathrm{CO_2}$$ 溶在水中後會有微量的碳酸、碳酸氫根及氫離子產生如下：
$$\mathrm{CO_{2(aq)}+H_2O_{(l)}\rightleftharpoons H_2CO_{3(aq)}\rightleftharpoons H^+_{(aq)}+{HCO_3}^-_{(aq)}}$$ (式-3)
自發性反應的迷失(上) The misconception of spontaneous reaction (I)
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏教授
在普通化學的課本中經常提到：一個化學反應的自由能變化量 $$(\Delta G)$$ 若小於 $$0$$ 時，則稱此反應為熱力學上能「自發性」反應的方程式(a thermodynamically spontaneous chemical reaction)，反應有利於往生成物的方向移動。
但是此一自發性(spontaneous)的名詞，常造成學生認知上的迷失，誤認為這類反應不需外力的引導便能「即刻」的進行，事實上，生活四周便有許多反應的自由能小於 $$0$$，而反應物卻仍能穩定存在而不發生變化，有學者稱此類反應為動力學上的偏穩態(kinetically metastable)，若無適當的誘因引發下，則此類反應仍能維持不反應，因此 $$\Delta G<0$$，僅為反應能即刻發生的條件之一，本文以大家耳熟能詳的雙氧水溶液及碳酸飲料為例，說明此二者均為動力學上的偏穩態，並澄清自發性反應並不一定能立即反應的概念。
利用平衡常數求取熱力學的數據－以PCl5的分解反應為例
(Obtaining the thermodynamic data from equilibrium constant – a case study in decomposition reaction of PCl5)
國立臺灣師範大學化學系兼任教師 邱智宏
化學反應的平衡常數有多項功能，大家都耳熟能詳，例如其數值的大小能判斷該反應在商業上有無開發價值，數值太小的反應，即使反應速率很快，達到平衡時產率依然很低，若貿然投資，恐將白忙一場；配合即時反應物及生成物的濃度，可以判斷一個反應是否已經達到平衡狀態；利用反應物的初始濃度，可以求出平衡時各物種的濃度。
再論化學平衡(Chemical Equilibrium)與吉布斯自由能(Gibbs Free Energy)
臺北縣立三民高級中學化學科林秀蓁老師/國立臺灣大學陳藹然博士責任編輯
一個化學反應會不會自發(Spontaneous)進行，對科學家甚至普羅大眾而言是一件非常重要的事。根據熱力學第二定律(Second law of thermodynamics)，每一個自發性反應均伴隨著亂度的增加，即是 $$S_{universe}=S_{system}+S_{surrounding}>0$$。環境的亂度 $$(S_{surrounding})$$ 很難定量，維拉德吉布斯(J.W. Gibbs, 1839 – 1903)提出自由能(Free energy)的觀念，利用自由能來判斷反應是否具有自發性。
化學平衡(Chemical Equilibrium)（二）：吉布斯自由能(Gibbs Free Energy)
臺北縣立三民高級中學化學科林秀蓁老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
熱力學(thermodynamics)是研究物理與化學變化所產生能量變化的一門學科，主要說明反應在所予的條件下，是否具有自然發生的傾向，但並不考慮其反應的速率與機制；例如由鑽石變成石墨屬於自發性反應但其速率很慢，在常溫常壓下並無法察覺其變化。
自然界的變化傾向於最低能量與最大亂度，一般而言溫度升高將使亂度增大，此亂度增加的傾向卻違反傾向最低能量的趨勢，故達平衡狀態是代表最大亂度與最低能量傾向的妥協。
化學平衡(Chemical Equilibrium)（一）：平衡常數Kc與Kp
臺北縣立三民高級中學化學科林秀蓁老師/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯
在一個物質與熱量均不可出入的孤立系統(isolated system)，某一可逆反應其所有狀態（濃度、壓力）皆不再改變時，代表此反應已達平衡狀態(equilibrium state)。化學平衡為一動態平衡(dynamic equilibrium)，若以更細微的實驗觀察（同位素標記、沈澱物的晶體形狀…）就可察覺此時反應仍不斷在進行，其反應之正逆反應速率相等且不為零。