3D 有趣實驗:自製鋁空氣電池
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授
鋁箔上的鋁金屬碰到鹽水會氧化成為鋁離子放出電子，與備長炭中的氧氣接收電子發生還原變成氫氧根離子，鋁的氧化與氧的還原形成一個氧化還原反應，應由外部電路形成電池。在此裝置中，備長炭能導電當作電池的電極的一端，鋁箔紙能導電當作電極另一端，如此可以形成一個鋁空氣電池。
Al (s) + 3H2O (l) → Al(OH)3 (s)+ H2 (g) — (1)
4Al (s) + 6H2O (l) + 3O2 → 4Al(OH)3 (s) — (2)
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3D 有趣實驗:鋁箔銅幣電池
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授
利用廚房鋁箔紙，以食鹽水浸濕過的廚房紙巾，與一元硬幣，就可以組成一個微型電池，讓音樂電子鈴發出聲響。實驗原理主要是鋁箔上的鋁發生氧化，形成鋁離子，而沾濕食鹽水中紙張中的水中的氫離子，還原成氫氣，放出電子，由銅那一端接受電子。因此，鋁箔銅幣電池，鋁箔為負極釋放電子，銅幣為正極接收電子，在銅幣端有氫氣生成。化學反應方程式如下:
2Al (s) + 6H2O (l) → 2Al(OH)3 (s) + 3H2 (g)
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反應焓的聯想（二）(Thoughts on reaction enthalpy (II))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
連結：反應焓的聯想（一）
現以溫度為 298.15 K 時由氫氣及氧氣生成 $$1$$ 莫耳水蒸氣為例，說明如何求出其標準莫耳反應焓，並藉以釐清反應焓、生成焓及相對焓的異同。
$$\displaystyle\mathrm{H_{2(g)}}+\frac{1}{2}\mathrm{O_{2(g)}}\rightarrow \mathrm{H_2O_{(g)}}~~~~~~~~~(5)$$
一般定義一莫耳純物質若由其成分元素經反應化合而成，則其焓的變化量稱為該物質的莫耳生成焓。
反應焓的聯想（一）(Thoughts on reaction enthalpy (I))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
初學反應焓 (reaction enthalpy) 時經常會產生一些迷惑，首先既然已經有內能 (internal energy, U) 的狀態函數，為何還要增加一個焓 (H) 的狀態函數呢？接著反應熱和反應焓的關係為何？它們是同義詞，還是部分相等，差別在那裏？標準莫耳反應焓 ) 的定義為何？有何重要性？一個物質的莫耳相對焓和莫耳生成焓有何關聯性？最後反應焓除了使用卡計測量以外，有没有其他求法？本文擬以簡單的實例做說明，對上述疑惑做一深入淺出的說明，期盼初學熱力學的學子能有清晰的概念，及紮實的基礎。
標準莫耳生成焓與相對熵的求法（下）(How to calculate standard state molar formation enthalpy and conventional molar enthalpy (III))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
上列敘述看起來有一點抽象，現以恒溫、$$1~bar$$ 下進行下列反應為例：
$$\mathrm{H_{2(s)}}+\mathrm{\frac{1}{2}O_{2(s)}}\rightarrow\mathrm{H_2O_{(s)}}$$
其熵的變化可表示為：$$\Delta S=S^\circ_m(\mathrm{H_2O})-S^\circ_m(\mathrm{H_2})-\frac{1}{2}\times S^\circ_m(\mathrm{O_2})$$，當我們選擇此恒溫為極接近 $$0~K$$ 時，因為 $$(4)$$ 式為 $$0$$，故上式等號左邊的 $$\Delta S$$ 為 $$0$$，等號右邊「元素」的熵，$$S^\circ_m(\mathrm{H_2})$$、$$S^\circ_m(\mathrm{O_2})$$ 為 $$0$$，因此 $$S^\circ_m(\mathrm{H_2O})$$ 亦為零。
標準莫耳生成焓與相對熵的求法（中）(How to calculate standard state molar formation enthalpy and conventional molar enthalpy (II))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
另外，要求得化合物的標準莫耳生成焓 $$(\Delta_f H^\circ_{m,T})$$，事實上不只使用卡計一個步驟，其實要經過下列 $$6$$ 個相關的步驟：
標準莫耳生成焓與相對熵的求法（上）(How to calculate standard state molar formation enthalpy and conventional molar enthalpy (I))
國立臺灣師範大學化學系兼任教授 邱智宏
處理大部分化學熱力學的問題時，純物質的焓 (enthalpy)、自由能 (Gibbs free energy) 及熵 (entropy) 是經常被使用到的數據，因此一般化學教科書均會將一些常見物質的相關數據，表列在附錄中，以供參考及使用，如圖一所示。
但是這些數據是如何求得的？卻鮮少被討論，尤其表中純物質的焓，均以標準莫耳生成焓 (standard state molar formation enthalpy) 列表，而非使用莫耳相對焓 (conventional molar enthalpy)，而熵的部分則正好相反，使用標準莫耳相對熵列表，而不是莫耳生成熵，它們真正的原因為何？本文擬以重點、大綱式的說明表列數據中焓及熵的求法，並說明選擇使用莫耳生成焓及莫耳相對熵列表的原因。
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。
