一、國中階段的酸鹼鹽概念
在我國實行九年一貫課程的自然與生活科技領域中,有關酸鹼鹽的部份,在 分段能力指標中有提及「認識酸、鹼、鹽與水溶液中氫離子與氫氧離子的關係,
及pH值的大小與酸鹼反應的變化」,而在次主題「226酸、鹼、鹽」中也提及「常 見食物的酸鹼性、物質的酸鹼性、酸鹼指示劑、酸鹼中和、電解質與非電解質、
酸鹼鹽的定義及其作用及pH值」等單元(教育部,1999)。
二、酸鹼鹽迷思概念的研究
國內外的文獻對於學生酸鹼鹽的迷思概念研究甚多,以下僅就文獻中,我國 中學生在酸鹼鹽概念學習上較相關的部份,整理如下:
酸鹼鹽迷思概念類型:
根據國內外文獻所發現的酸鹼鹽迷思概念類型分類成以下五個單元:酸鹼的 定義及性質、pH 值、酸鹼中和、鹽類的相關概念及電解質與離子濃度。
(一)酸鹼的定義及性質:
在教育部所公佈的九年一貫課程中,可以很清楚的知道國中階段的學生是以 阿瑞尼士(Areninuss)的定義為主要的酸鹼概念,阿瑞尼士定義在水中產生H+ 者為酸,在水中產生OH-者為鹼。由以下文獻指出,學生對酸鹼的定義及性質不 甚清楚而有所誤用,而造成這樣的迷思概念主要是因為名稱符號、生活中的現象 及感觀。
1. 名稱符號:
這個類型的特徵是學生會使用特定的字眼或是官能基來決定溶液的酸鹼
2. 生活中的現象及感觀:分為物理性質及化學性質
(1)物理性質:這個類型的特徵是學生會使用巨觀的特性,來判斷溶液的酸 鹼性。例如:學生會以味覺來判別物質的酸鹼性(ROSS,1991;宋志雄,
1992;陳姍姍,1993);學生會容易認為酸和鹼是具有自身特定的顏色或 是利用其顏色的深淺來判斷強弱(Nakhleh,1994)。
(2)化學性質:這個類型的特徵是學生也會使用巨觀的特性,來判斷溶液的 酸鹼性。例如:酸鹼都具腐蝕性、酸鹼都具有毒性,酸鹼都會對人體產 生灼傷,酸可融化金屬(ROSS,1991;李詩閔,2000;姚錦棟,2002)。
(二)pH值
宋志雄(1992)的「探究國三學生酸與鹼的迷思概念並應用以發展教學診斷 工具」研究中提到有國三學生認為鹽酸在水中的pH 值是較醋酸為大。陳姍姍
(1993)在「我國國三學生酸鹼概念之研究」中指出:在強酸和弱酸的定義上,
大都認為是腐蝕性的不同,部分學生會直接以pH 值的大小來判斷該酸的強弱,
且學生對離子和溶液酸鹼性和pH 值之三者關係不十分清楚。
(三)酸鹼中和
1. 對於中和的反應過程不了解:
陳姍姍(1993)指出學生大都了解酸鹼中和之意義,並確定其為放熱反應,
但對於鹽類之生成和種類之判斷、中和反應之方程式和淨離子反應方程式之表達 以及酸中和之反應計算上,皆有困難。
2. 對於酸鹼中和的結果不了解:
(1)中和離子概念:
這個類型的學生往往會認為酸性溶液與鹼性溶液的中和反應後,一定會 產生中性的水溶液,而忽略酸鹼中和產生鹽類後的水解。Schmidt(1997)(引自
蘇景進,2004)針對 7500 個德國中學生研究發現 40%學生認為酸鹼中和後是中 性溶液,即使弱酸或弱鹼的中和反應也一樣形成中性溶液,並認為中和後並不存 在 H+及 OH-。姚錦棟(2002)的研究指出學生認為酸加鹼因反應物用完溶液巳 無離子呈中性而一部份學生認為酸鹼混合形成中性的鹽及水等。
(2)中和電荷概念:
這個類型的學生認為「中和」是指酸性與鹼性溶液中帶正電與帶負電的離子 相互抵銷的結果。姚錦棟(2002)的研究指出學生認為酸鹼混合因陰陽子電量相 同呈電中性故呈中性或是酸鹼混合因陰陽子數目相同呈電中性故呈中性。
3. 對於中和後的溶液不了解:
(1)濃度判斷:
這類型的學生判斷酸鹼中和後溶液的酸鹼性是以原本酸中H+或原本鹼中 OH- 的濃度或量來決定,但是卻未考慮到酸鹼中和後產生的鹽類往往會發生水 解的現象,進而影響到溶液的酸鹼性。姚錦棟(2002)的研究指出學生判別混合 液之酸鹼性主要是以溶液之濃度及體積同時考量,即酸性及鹼性溶液若濃度及體 積相同時,其氫離子濃度與氫氧根離子濃度相同,混合液呈中性。甚至黃萬居
(1996)更發現學童認為酸鹼中和後溶液必為中性,不用考慮反應時濃度、體積 等條件。
(2)解離度判斷:
這類型的學生判斷酸鹼中和後溶液的酸鹼性會以酸性及鹼性水溶液的解離 度來判斷,學生會認為「強酸加強鹼會產生中性溶液」、「強酸加弱鹼會產生酸性 溶液」、「弱酸加強鹼會產生鹼性溶液」。姚錦棟(2002)學生認為若為強酸加強 鹼,則溶液中氫離子濃度和氫氧根離子濃度相同,混合液呈中性;若為強酸加弱
則溶液中氫氧根離子濃度大於氫離子濃度,混合液呈鹼性。陳姍姍(1992)指出 部分學生對酸鹼中和後溶液的酸鹼性判斷,會從參與中和反應之各酸鹼的強弱來 考慮,以為中和反應在原先各自酸與鹼所解離出的離子作用完後就停止,由結束 時的氫離子與氫氧根離子多寡決定最後溶液的酸鹼性。
(四)鹽類的相關概念
1. 對於鹽的定義不清楚
施朱娟(1998)指出學生對於鹽類的性質也不清楚,認為鹽類非電解質,甚 至誤認酸鹼為鹽類如NaOH、NH3皆為鹽類。而陳姍姍(1993)也指出學生對於 鹽類的定義不清楚以為酸鹼中和產生之鹽類即為食鹽。黃萬居(1994)研究顯示 學生對於「鹽」「鹹」不分,而認為食鹽水是鹹的,因此是鹼性的。
2. 對於鹽類反應不了解
學生在判斷鹽類水溶液的酸鹼性時,常常會認為酸類的水溶液是酸性,鹼類 的水溶液是鹼性,而誤認為鹽類的水溶液為中性,這是因為學生忽略鹽類的水解。
Schmidt(1991)(引自蘇景進,2004)之研究中對於鹽類的水解迷思概念比例 更高達50%以上。雖然學生大都瞭解酸鹼中和的意義,對於鹽類的生成與種類的 判斷、中和反應之方程式與淨離子反應方程式的表達、以及酸鹼中和的反應量計 算上,皆有困難,並認為酸鹼中和後,溶液為中性,並不存在H+及OH-。有30
%學生並誤認酸鹼”中”和後為”中性”,亦即文字概念錯誤的類比作用。陳姍 姍(1992)指出對於正鹽及酸式鹽的水解與溶液酸鹼性的判斷有問題,只有40
%學生知道碳酸鈉水溶液為鹼性。而宋志雄(1992)有些學生認為碳酸鈉無法使 水解離出OH-,對於氯化銨的酸鹼性亦存有迷思概念。施朱娟(1998)研究指出 學生認為食鹽水是中性是因為溶液是電中性且溶液中沒有氫離子及氫氧根離 子,並且認為大理石與稀鹽酸反應無法生成鹽類。
(五)電解質與離子濃度
1. 電解質:對於學生在電解質的概念上,教師在上課的過程中,常常會介紹其 導電的原因及性質,因此同學在回答問題上沒有太大的問題,但是我們發現 學生卻缺乏電解質基本概念的了解,因而會造成下列的迷思概念:
(1)對於電解質的定義不了解:
電解質的定義為「溶於水後可以幫助導電的化合物」,而電解質的水溶液之 所以可以導電的原因是因為解離出陰陽離子。陳珊珊(1993)的研究結果指出,
學生認為電解質溶於水可導電的原因,他們會以“帶電體,本身會導電”來回 答;學生認為酒精純水都是電解質;因為純水是中性,所以難以導電;電解質能 導電是和水溶液中之電子有關;純水加氫氧化鈉可助導電是因為氫氧化鈉為鹼,
可解離出氫氧根離子或因氫氧化鈉本身為帶電體所造成。張榮耀(2000)的研究 結果發現,約45%的學生認為氧化鈉等化合物加入水中之後,溶液並不會任何的 變化,而只是在水中維持原來的狀態;有25%的學生認為鹽類溶於水中會有所反 應,他們認為鹽類會與溶液裡的水發生反應,卻沒有考慮到鹽類本身的解離,
10%的學生氯化鈉在溶液中會分解出其他的成份元素。而詹麗卿(2003)的研究 中指出學生認為化合物溶於水中時,化合物中各組成元素的原子會分布在水中。
(2)溶液的電中性:
在阿瑞尼士(Svante August Arrhenius)的解離說中曾提及,當電解質溶於水 時,會產生正離子與負離子,這種過程稱為解離。解離出的正離子所帶總電量和 負離子所帶總電量恰好相等,使電解質溶液維持電中性,但正、負離子數目不一 定相等。在陳珊珊(1993)的研究中則指出學生認為氯化鈉水溶液是中性是因為 溶液呈電中性,溶液中缺少氫離子及氫氧根離子或含有相同數目之鈉離子及氯離 子。在張榮耀(2000)的研究結果發現,有55%的學生認為,所謂的電中性,是
與各離子所帶的電量,都會影響水溶液的總電量。此外,有45%的學生認為電中 性即是酸鹼中性。
(3)解離度與通電前後離子的運動方式:
姚錦棟(2002)的研究中發現國中生所具有的迷思概念包含:
○1 電解質要通電才能解離。
○2 電解質溶於水會完全解離,解離後之陰陽離子靜止不動。
○3 水將解離的正負離子隔開,使正負粒子分別位於溶液之兩側。
○4 解離生成的正負離子在水中又會結合。
○5 電解質溶於水會完全解離,解離後之陰陽離子在水中呈對流運動。
○6 解離生成的正負離子在水中又會結合,但解離的離子數目多於結合的分子 數目,所以將粒子在水中以部分分離,部分結合表示。
○7 電解質通電後,陰離子向負極移動而陽離子向正極移動。
2. 離子濃度:
宋志雄(1993)的研究指出學生認為【H+】+【OH-】=10-14M2、溶液中 氫離子濃度及氫氧根離子濃度必相同及【H+】×【OH-】之大小和溶液之酸鹼性
宋志雄(1993)的研究指出學生認為【H+】+【OH-】=10-14M2、溶液中 氫離子濃度及氫氧根離子濃度必相同及【H+】×【OH-】之大小和溶液之酸鹼性