基礎化學一，第四章-常見的化學反應，第二節-酸鹼反應

主題	酸鹼反應	設計者	孟慶璿
教學對象	高二學生	教學時數	50min
教學目標：
1.了解阿瑞尼士的酸鹼學說的定義及應用其學說 2.了解電解質與非電解質和水的解離及解離常數Kw 3.了解 pH 值，並計算pH值 4.強酸與強鹼的中和反應，以及酸鹼指示劑。
教學對象：高二學生
教學內容：高中基礎化學(二)一、常見的化學反應3.酸鹼反應
教學方法：提供phEt軟體讓學生操作，配合講解與題目，進而使學生熟悉欲教授的概念。
教學評量：課堂上的口頭問答，即時習題，和作業題目。
一、介紹阿瑞尼士酸鹼學說    1.播放投影片，問學生生活中有哪些常見的酸性(鹼性)物質?       2.問學生是否想過造成酸性、鹼性差異的原因，之後讓學生操作軟體，比較軟體中不同溶液的差異。       3.學生會發現，酸性物值紅色顆粒多藍色少，鹼性則相反，學生皆能接受此概念後，講解阿瑞尼士酸鹼學說，在水中可以產生氫離子(H+)為酸， 在水中可以產生氫氧離子(OH-)為鹼。        4.以化學式示範概念，寫出幾個化合物讓學生判斷其酸鹼性二、pH值       a.介紹pH值為判斷酸鹼程度的指標       b.讓學生操做軟體，藉由調整pH值大小，以及改變不同的溶液，觀察pH值濃度間的關係，老師列出不同的pH值，讓學生回答相對應的氫離子和氫氧離子濃度。       c.教導pH值計算方法，教師示範後出題讓學生計算       d.教導Kw值的概念，告知其原理，並利用圖表做示範，解式Kw和pH值之間的關係。

選修化學第三章

有機化學

課程架構

雷諾數是什麼?雷諾數的意義是什麼?

喬治·斯托克斯Sir George Stoke

什麼是雷諾數?
相信稍微學過一點流體力學的一定對這個名詞感到非常熟悉
大部分的人應該都知道，雷諾數大小可以用來判斷流體的狀態為紊流還是層流的無量綱量。
但這個數究竟有什麼了不起?即便過了一百多年後，仍然是流體力學的中心主旨。
讓我們現從他的發展開始說起。

從18世紀，丹尼爾·白努利提出白努利方程式後，流體力學便開始蓬勃發展。
科學家在進行各式流體實驗時，卻發現了一些有趣但也挺惱人的現象
流體依照其黏度、流速等其他因素，其流體的特性會展現出截然不同的流體性質
因此一個方程式，無法正確的詮釋流體的性質
往往變成如果要完美的描述流體的性質，必須使用好幾條方程式，去解釋流體現象
如何分別不同方程式適當的使用時機，深深困擾著科學家們
幾經研究後，科學家將流體依照其性質分成紊流和層流兩種型態
這將有利於流體的性質的描述，但上面的問題，依然沒有解決

因此，著名的流體力學專家喬治·斯托克斯，於1851年提出了利用某特定量值來描述流體狀態的想法，使用此量值，可以明確的分辨流體是否屬於紊流還是層流，甚至可以用此量值，統一流體力學上不同的流體現象。但想法畢竟只是想法，離真正實現，還有一大段距離。


這個想法在1883年終於被奧斯鮑恩·雷諾 Osborne Reynolds，實現

奧斯鮑恩·雷諾 Osborne Reynolds

奧斯鮑恩·雷諾 Osborne Reynolds，認為影響流體流態的主要因素有兩個

一為流體本身的慣性力，也就是流體本身具有的動量
(慣性力越大者，其運動狀態越難被改變)

另一個為流體分子間的黏滯力，也可以說是黏度大小
(例如:同樣慣性力下，水泥就有遠高於水的黏滯力)

以此為基礎概念

讓我們以流體在空間中的流動為例
我們考慮流體沿著X方向運動，在Y方向上流速是均勻的，然而隨著高度變化(Z改變)，流速也會跟著改變

如圖所示，越遠離XY平面的流體有較高的流速

由於相鄰兩層(不同Z)流體間會有動量的傳遞，這個作用便會讓流速較慢的流體牽扯流速快的那層，使之減速，流速慢的那層加速。這個減速加速的程度與兩層之間的動量差正比，而動量差又與流體的流速正比，因此，每單位面積上所受到的黏滯力F可以用以下方程式表示：

F∝ ΔP∝Δv

其中u為黏滯係數。當流速沿著垂直流速的方向有變化時，流體之間就會產生黏滯力。

另一個力量，我們稱為慣性力(inertial force)，但這並非真正的力量，而是用來描述流體的動量有多大，亦即要改變流體運動的難度。假如我們將水柱打在牆上，則牆壁在單位面積所受到的力為：

上述這兩種力的比值即是師托克斯認為可以用描述流體的性質的數值

使用此數值，我們可以很完善的描述流體性質，為了紀念雷諾對流體力學的貢獻，他發明的數值便以他的名字來命名。

雷諾數於流體間的關係，可以用在各種不同系統

以管中流體系統為例

雷諾數小於2100為層流(又可稱作黏滯流動、線流)狀態

           大於4000為紊流狀態

           2100～4000則為過渡流狀態。

如果是用做描述流過球體之流體，則有以下關係

不同流速下球體周圍的流態

而日常生活中，常見的物體運動也有不同的雷諾數值

• 精子~ 1×10⁻⁴
• 大腦中的血液流 ～1×10²
• 主動脈中的血流~ 1×10³

• 棒球（職業棒球投手投擲）~2×10⁵
• 游泳（人）~4×10⁶
• 藍鯨~ 3×10⁸
• 大型郵輪~ 5×10⁹

在不同流體系統中，都可以用雷諾數去描述不同的流態
這也是為什麼雷諾數在流體力學中，占有舉足輕重地位的原因

參考資料:

1.維基百科. Laminar flow http://en.wikipedia.org/wiki/Laminar_flow

2.維基百科. Viscosity http://en.wikipedia.org/wiki/Viscosity

3.reynolds number and inertial force http://physics.stackexchange.com/questions/80070/reynolds-number-and-inertial-force

4.維基百科. Rreynolds number http://en.wikipedia.org/wiki/Reynolds_number

5.科學Online. 雷諾數  http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=59422