2026年4月27日 星期一

硫代硫酸鈉加鹽酸與碘鐘反應模擬實驗

硫代硫酸鈉加鹽酸與碘鐘反應模擬實驗(點擊另開網頁)

作為實驗解說與預測的輔助
這邊HCl的濃度影響還蠻複雜,參見
林宣安老師~反應速率的測定



Claude整理相關資訊如下

文獻查閱結果:HCl 的速率級數

文獻顯示這個反應的速率級數本身就有爭議,沒有單一確定答案:

1. H⁺ 零級

這個反應在文獻中被引述 h(對 H⁺ 的級數)可能從 0 到 1,取決於硫代硫酸根與酸的相對濃度。 Doc Brown

從機制上解釋:速率決定步驟是 S₂O₃²⁻ 的分解(S₂O₃²⁻ → SO₃²⁻ + S),此步驟不涉及 HCl,因此只要 HCl 濃度足夠高,使 H⁺ 不是限速因素,對 HCl 就呈現零級。 The Student Room

在高濃度 HCl(0.7M、0.9M、1.1M、1.3M)的實驗中,反應確實對 HCl 呈零級。在此區間,速率取決於 H⁺ 與 Na₂S₂O₃ 反應的快慢,而非 H⁺ 的可得性。但當濃度降到 0.5M 以下時,速率急劇下降,開始呈現一級行為。 The Student Room

2. 程式使用的 HCl 預設值(2.0M)恰好落在零級成立的區間

Flinn Scientific 的教學文件也指出:在較低的硫代硫酸鈉濃度下,反應級數並不像實驗預期的那麼簡單,會趨近於對硫代硫酸鈉 3/2 級、對鹽酸 1/2 級。 Flinn Scientific

3. 1958 年的研究論文

Robert Earl Davis(1958, JACS)發現速率表達式為 rate = k[S₂O₃²⁻]^(3/2) [H⁺]^(1/2),均為分數級數,並以一系列在硫原子上的親核取代反應來解釋機制——這是目前最嚴謹的文獻之一。

程式碼的判斷是這樣的:

設定評估
kineticRate: k * r1(HCl 零級)✅ 在 HCl 大量過剩(≥0.7M)的典型實驗條件下,符合文獻
HCl 預設值 2.0M✅ 遠高於零級成立的臨界濃度
對 Na₂S₂O₃ 一級✅ 多數實驗吻合

實際上此反應機制非常複雜,Doc Brown 明確指出這個實驗不特別適合進階化學學生用來精確測定級數,因為要得到準確結果相當困難。 Doc Brown

唯一可以補充的細節

若想更嚴謹地呈現,可以考慮在 UI 的說明文字中加一句注釋,說明「本模擬在 HCl 大量過剩條件下採用對 HCl 零級近似(pseudo-zero order),符合典型高中實驗條件」,讓使用者理解這個簡化的物理背景。但程式邏輯本身不需要修改

根據文獻,最合理的做法是實作一個濃度比例依存的連續級數函數

  • 當 [H⁺] 遠大於 [S₂O₃²⁻] → h 趨近 0(零級)
  • 當 [H⁺] 接近或小於 [S₂O₃²⁻] → h 趨近 0.5(Davis 1958 的分數級數)
  • 同時把 Na₂S₂O₃ 的級數也從純 1 調整為可趨近 1.5(低濃度時)
用 log(ρ) 空間做 sigmoid,原理是「濃度感知本來就是對數尺度」,HCl 在足夠過剩時(ρ > 1.5)h 已趨近 0,與實驗文獻吻合;只有在 HCl 真的很稀時才顯著變慢。



中和熱的示範實驗

這是一個蠻劇烈的反應,如果想示範,準備藥品器材如下

(1) 鹽酸12M 1ml 

(2)飽和氫氧化鈉1ml:濃度約50%,建議用冰塊去調,幾克氫氧化鈉就放幾克冰塊,然後玻棒攪拌,這樣調出來的大概是常溫,比較安全,熱鹼相當危險,絕對避免。

(3)長試管:約2.2*18cm為佳,不要太短

(4)短試管:約8cm左右即可,用來裝滴管

(5)滴管:玻璃塑膠皆可,塑膠的比較方便看吸取量

(6)試管架

(7)手套、護目鏡


步驟:


1、先將12M鹽酸1ml裝在長試管(2.2*18),飽和氫氧化鈉0.8到1ml吸入滴管中,放入約8公分短試管,放到試管架上。

2、試管架需放在離自己30cm~45cm左右距離

3、氫氧化鈉不要擠出來,整個拿出來後,然後滴管斜放,滴管口要放在大試管口中央,但是手不會在試管口上方,緩慢一滴滴滴下去,滴太快會有危險

一滴一滴慢慢滴,不要滴到試管壁上,會殘留很多,每一滴滴下的反應都值得好好觀察,溫度上升跟鹽類沉澱會很明顯

一定要用氫氧化鈉去滴鹽酸,反過來的話,因為液體密度的關係,會導致只有上層反應後分層,下方液體反應不到,然後一晃動就劇烈反應,這樣會很危險





1、發器材前,先發下手套,一組至少2個,我是給一人一個,戴慣用手

2、說明強酸強鹼都有腐蝕性,碰到立即沖水跟報告老師

3、交待試管架拿回去以後,需放在靠桌子中央一些

4、交待氫氧化鈉不要擠出來,然後滴管口要放在大試管口中央,緩慢一滴滴滴下去,滴太快會有危險

5、領器材,交待他們先摸摸試管底部

6、慢慢滴加,紀錄過程

配合簡單的實驗步驟跟紀錄單,加上說明這是中和熱的實驗,算是驗證中和熱,但是無法驗證食鹽跟水的生成,鹼有過量,有兩個作用

(1)同離子效應把鹽逼出沉澱

(2)後面的一兩滴,沒有反應,這是個提問的好點



2026年4月23日 星期四

酸鹼滴定模擬

 酸鹼滴定互動模擬(點左方文字開啟連結)

可調整酸、鹼、指示劑類型
可調整模擬滴加速度
滴加量會影響曲線平滑度
開始滴定前,可先收合實驗設定





2026年4月20日 星期一

交流概念同步馬達模擬

做了一個交流同步概念的交流馬達,可以說明為何需要半圓形集電環,可能也能說明交流馬達的轉速跟交流電頻率有關的事



2026年4月15日 星期三

右手開掌定則互動互動模擬

 右手開掌定則互動互動模擬 請點左側連結開啟新視窗

一、基本操作

1.旋轉視角:滑鼠左鍵或手指壓著畫面空白處拖曳

2.縮放:滑鼠滾輪或兩指觸碰螢幕後捏放調整

3.畫面平移:右鍵壓住拖曳或兩指觸碰螢幕後拖曳


二、起始畫面:載入時,畫面左上方是場景切換,可切換【磁鐵+載流導線】跟【雙載流導線】兩種實驗場景



1.可以直接拖曳載流導線移動位置
2.可以按自動歸位
3.拖曳、翻轉、移除模式都要再按一下才解除

(1)拖曳模式:點選拖曳,然後點選想拖曳的磁鐵,然後會出現3個軸跟三個面,按住就能拖曳其中一個就能沿著這個按住的軸或面拖曳磁鐵。記得拖曳完成後要再按一次拖曳按鈕退出拖曳模式。

(2)旋轉模式:點選旋轉,然後點選想旋轉的磁鐵,然後會出現3個軸的調整圓圈,按住任一個圈就能進行沿X軸、Y軸或Z軸(紅色的也是Z軸)的旋轉。記得旋轉完成後要再按一次旋轉按鈕退出旋轉模式。


(3)移除模式:點選移除,然後點選想移除的磁鐵即可。記得完成移除後要再按一次移除鈕退出移除模式。

4.新增磁鐵:點選想增加的磁鐵類型,有兩種。連續新增,磁鐵會疊在原位置,需要手動移動。

5.場景2:兩載流導線的交互作用。用來模擬兩個載流導線的交互作用,下圖是我拉著上面的導線往右邊跑。







2026年4月14日 星期二

反應速率與動態平衡互動模擬V2

反應速率與動態平衡互動模擬
 Gemini所撰寫,連結在上面,包含下面七個動態平衡模擬

1. 水的相態平衡 (物理變化)

2. 汽水與二氧化碳 (氣液異相)

3. 固體糖溶解結晶 (固液異相)

4. 鉻酸根酸鹼變色 (液態均相):請用10mol作為加入量

5. 碳酸鈣加酸反應 (固液氣三相)

6. 二氧化氮聚合 (氣相變色)

7. 哈伯法製氨 (氣相合成)

基本操作介紹如下:

1.起始畫面:載入後預設值會將下方控制面板收合,點選下方藍色區域就會打開,不用點右邊展開字樣。切換模擬的選單在右上角。

2.可以先暫停,下方調整好變因,包含是否密閉、溫度、水體積、上方空間、想增加或移除的物質與量,然後收合面板後再開始模擬,當然也可不暫停直接調整
氣體的容納體積可以直接拖拉活塞。
升、降溫,可以直接點容器上方升溫或降溫按鈕,點一下啟用,再點一下停止,
溫度跟體積都會跟下方控制列連動


3.模擬時,會出現各物質量、正逆反應速率、壓力變化曲線圖

4.按下暫停,會出現圖表控制項:
   (1)點選圖表空白處,可左右拖拉圖表
   (2)點選線條任意處,可以左右拉動圖表
   (3)點選播放,可自動往左或右捲動圖表,可以從頭到尾再看一次速率與量變化,不過要記得自己的腳本會比較方便解說,例如平衡後再加溫,或是平衡後改變體積或加入或移除了什麼
   (4)點選上方圖表回溯與分析,圖表會移到加入變因的時間點
   (5)點選鎖定圖表,圖表就不能被左右拖動,此時隨著游標,三個圖會顯示同一時間點的曲線資訊
   (6)鎖定圖表狀態下,可以縮放Y軸刻度




玩玩看吧!

讓Gemini先寫出大多數的程式碼,最後再讓Claude再分析遇到的問題,鉻酸根與鹽酸的反應是4級,建議一開始就用10mol,不然反應會很慢,也不容易看到二鉻酸根,目前改到第12版








2026年4月9日 星期四

安培右手定則~by Gemini

安培右手定則互動模擬實驗

盧 Gemini  慢慢盧出來,連結在下面

3D安培右手定則模擬,放在Github,有興趣可以自己去客製優化


新增的羅盤移動時的操作小技巧:

1.切換到某個平面的平視視角,不要用一開始的預設視角,例如下面這幾張,新增的羅盤就會在這個面水平移動。

2.若想垂直移動,點一下新增的羅盤,會換成垂直移動的模式,下圖羅盤被我點了一下,切換成垂直移動模式,一樣要留意視角,羅盤平面配合視角,會決定移動方式與移動面

同一張圖轉動90度





2026年4月8日 星期三

2026年4月6日 星期一

電解質檢驗器材紀錄

基本上是接續小法的 用眼藥水瓶做電解質檢驗

小法的9V電池、LED、1000歐電阻的這個組合,目前應該是最方便的,之前蠻排斥用限流電阻,不過現在覺得這個也無妨了。

如小法老師所提「電解質檢驗是一個很討厭的單元,不是該亮的不亮就是不該亮的亮了!」

這問題也蠻困擾我,因為有時連純水都亮燈...至少純水要很黯淡才是,偶然的機會下把舊的LED挖出來用,發現黃光的LED比較不會有這個問題,藍、綠光的LED都會純水就有明顯亮光,手邊沒有紅光LED,就沒試了。

會這樣的原因,Claude整理如下:

核心原因是 LED 的正向電壓(Vf)與 I–V 曲線形狀

藍光容易亮的原因:藍光/白光 LED 用 GaN 材料製造,Vf 約 2.8–3.6V,但更關鍵的是它的電流-亮度關係非常陡峭——即使只有幾微安(μA)的微小電流通過,肉眼就能察覺到發光。純水雖然導電性很差(電阻約 18 MΩ·cm),但 9V 電池仍能推出幾 μA,剛好落在藍光 LED 的可見亮度範圍。

黃光比較適合的原因:黃光 LED 用 AlGaInP 材料,Vf 較低(2.0–2.4V),但它的發光效率曲線相對平坦,在微小電流下亮度提升不明顯,需要較大電流才會有明顯光輸出,和電解質濃度的對應關係反而更線性、更直觀。

實際優化建議

  • 紅光或黃光 LED,串聯一個 470Ω 到 1kΩ 的限流電阻
  • 如果你手邊只有藍光 LED,可以把電阻換成較大值(2kΩ–4.7kΩ),拉高閾值,讓純水下的微電流不足以點亮
  • 筆芯(石墨)做電極是個好設計,因為碳不會像金屬電極那樣電解出雜質干擾結果
*******************************************************************************

檢驗器材組合:
1、9V電池、9V電池扣、黃光LED、1000歐電阻、1號鱷魚夾(紅黑各ㄧ)、2P 端子(插LED)、塑膠瓦楞板( 裁切成 10 X 6 cm)。組裝後上熱熔膠固定如下圖

2、藥品取樣盤:
小法老師用的是玻璃片搭配眼藥瓶、麗芳老師用的是透明的調色盤。
我則是不想裝眼藥瓶,然後又需要很多格,讓學生自己來前面分裝。用過白色調色盤,白色的問題是電極的泡泡看不清楚,還是得透明又有很多小格,最後我用了食品包裝的內襯,這個方便又好用,一個大概1元,下面的每一種都行。

放一盤標示怎麼取,然後後面的就是藥品放燒杯跟滴管了


3.實驗進行:取完藥品,用筆芯當電極,然後如小法老師建議,泡到溶液的一小段筆芯就折掉,就可以繼續做了,最後再丟半片廣用試紙進去(應該先丟也行)。




這樣做起來實驗來速度很快,反應都正確,電解質水溶液電極上的反應也很明顯。
上面為醋酸
上面為食鹽水
上面為氫氧化鈉


4.最後記得交代學生清水沖一下鱷魚夾再擦乾,鱷魚夾比較不會生鏽。


20260409後記:今年用了7種水溶液,不過沒有直接用固體粉末,或許下次可以給粉末,種類應該也可以再增加。
7種分別是純水、鹽水、蔗糖水、醋、酒精、氫氧化鈉、硝酸鉀
學生操作的照片如下





最後回收器材等下一班來用。






2026年4月3日 星期五

電解質教學用的模擬~by Gemini

因為找不到覺得剛好適用的模擬,就請Gemini幫忙寫,一開始寫了
基本的電解質與非電解質模擬,之後擴充一些藥品電解質與非電解質模擬V2(建議使用),在這個基礎上,

增加了酸鹼鹽的解離與交互作用的部分,並且修了適合酸鹼中和的酸鹼鹽的解離與交互作用(建議使用)版本,可以配合下方的操作來模擬跟解說

最後再加上電解質導電的部分,都有設計暫停按鈕方便教師解說,小P建議加上電解質導電巨觀微觀探究版本(建議使用),所以也先調整後並存,確認沒問題再換過去,建議直接用比較新的版本

建議點連接開新視窗使用,
但是弱酸弱鹼在複雜環境下會出錯,也就先不管了,慢慢修,可能也不一定能修正就是
連結如上下文:

1. 電解質與非電解質

基本的電解質,在這邊可以先模擬在水中的電解質與非電解質溶質



2.酸鹼鹽的解離與交互作用

這邊加入了更多的電解質種類,也有彼此間的交互作用,酸鹼鹽都挑了一些,也包含了強酸弱鹼鹽跟弱酸強鹼鹽。跟前一個一樣,有做動態平衡模擬,水量、濃度調一下,可以講碰撞理論



這邊,小P老師發現有時離子電中性似乎對不上,跟Ai聊了好久,問題應該是在比較複雜的情況下才會發生,也就是亂加一通,然後牽涉到沉澱反應時,就有微量的某些離子存在,此時會有數據截斷問題,不管是理論面或是實務面,都會有這樣問題,這邊應該是個不錯的討論點。

3.電解質導電

可以換電極材質,可以看電解時兩極電解質的pH變化,這一個,可以連電解電鍍都模擬了,可以玩玩



--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
目前針對酸鹼中和,做了修正的酸鹼中和的酸鹼鹽的解離與交互作用版本,但是沒有處理掉弱酸弱鹼的bug,可以這樣操作

1.加入1mol HCl,水量調到5L

2.加入0.1 mol NaOH,可以先按下暫停,方便解說,然後按下繼續模擬,讓氫離子跟氫氧根離子交互作用變成水然後淡出


已結合跟未結合的氫離子跟氫氧根離子

3.持續加入 0.1 mol NaOH,直到pH變成7或以上,我是配合課本加成微鹼性
4.調整水量,模擬蒸發,可以模擬水量減少,聚焦鹽類