碳酸鈣是不是電解質

碳酸鈣是強電解質，這件事情無庸置疑。但在國中課程，碳酸鈣長久以來被許多參考書和考題訛誤為非電解質。

國中理化電解質的定義

溶於水後，水溶液可導電的化合物，稱為電解質；不可導電的，稱為非電解質。

這是我綜合NHK三版課本（2023年）而產出的版本，放在我自編的教材。各版定義我放在附錄。

邏輯謬誤

國中理化的定義只有說化合物「若溶於水後可導電，則稱為電解質。」但這不代表難溶於水的，就是非電解質。這是典型「若P則Q」為真，就誤以為「若非P則非Q」也為真的邏輯謬誤。根據這個定義，只能說「碳酸鈣沒有被定義到」而已，算是漏網之魚。

其實這個定義字字斟酌、十分巧妙避開了國中無法談到的部分，可惜有些教材不小心解讀錯誤。到了高中化學，電解質的定義就會出現「或熔融態可導電」的字眼，自然就沒有爭議了。

考據

課本內文（2020年）都沒有問題，有問題的都是參考書和考題。

• NHK三版課本和教師手冊，都沒有正面提到碳酸鈣是不是電解質，也沒有正面說明所有鹽類都是電解質。
• K版課本章末的重點整理，鹽類在分類圖中屬於電解質，碳酸鈣也在其中。（而且不小心提到熔融態可以導電的物質也算電解質。）
• 鼎甲良師自然講義，Sec 3.1，第一大題第2題、第7題、第8題，出現錯誤。（PS. 我上課會用這本講義，它是好書。） 
• 建弘活用國中自然教學講義理化，Sec 3.4，第一大題第6題、第13題，第二大題第3題第(3)小題，出現錯誤。
  

實驗結果

口說無憑，還是要做實驗。

碳酸鈣$\ce{CaCO3}$的飽和溶液有以下性質：

1. 廣用試紙呈藍色。
   • 廣用試紙不到1分鐘就變滿藍的，可見這個鹼性不能忽視。如果一種物質的水溶液呈鹼性，你還跟我說它不是電解質，我想這沒人能接受。

     以廣用試劑測試鹽類的酸鹼性。圖片來源：郭青鵬老師，蘭雅資優班。

   • 和其他物質的實驗結果比較：
     • 氧化鋅，過個10分鐘才會變微藍。
     • 氧化銅，不會變藍，真的不會。
     • 電解出一堆鐵離子的食鹽水，只有微藍。
2. 導電性很差，跟自來水沒什麼區別。
   • 用6 VDC測，電流大約4 mA，努力觀察可以看到氣泡。
   • 自來水的對照組，電流也是4 mA，所以無法靠導電性分辨兩者。
   • 我覺得陳亮洲老師用碳酸鈣讓LED亮起來的實驗應該有誤。他的確需要一個自來水的對照組，否則無法說服我。

結論

我建議，考「哪些物質是電解質」的題目千萬不要直接考文字題，一定要用「哪些物質放入水中後可以使燈泡發亮」並附上實驗裝置圖的考法，才不會有爭議，而且符合會考趨勢。

附錄

附上NHK三版課本中（2023年）的相關內容。

• N版：
  • 溶於水中可導電的化合物，稱為電解質。（正文）
  • 蔗糖無論是固態或溶解在水中形成水溶液，皆無法導電，檢測時燈泡不會發亮，碳棒周圍也不會產生氣泡，是為非電解質。（正文）
  • 液態的蒸餾水與酒精，也都不會導電，屬於非電解質。（正文）
  • 非電解質的酸鹼性必為中性。（正文）
  • 化合物溶於水中，形成可導電的水溶液，稱為電解質；溶於水中形成不可導電的水溶液，稱為非電解質。（章末重點整理）
  • 分類圖中，鹽類是電解質，且碳酸鈣分類在電解質中。（章末重點整理）
  • 碳酸鈣為白色固體，不易溶於水。（正文）
• K版：
  • 這類溶於水後，水溶液可導電的化合物稱為電解質。（正文）
  • 有些化合物溶於水後，水溶液無法導電，例如葡萄糖，這類化合物則稱為非電解質。（正文）
  • 金屬元素雖然可以導電，但不屬於化合物、也無法解離，所以不是電解質喔！（章末重點整理）
  • 碳酸鈣為白色固體，不易溶於水。（正文）
• H版：
  • 溶於水後會導電的化合物，稱為電解質；無法導電的物質，則稱為非電解質。（正文）
  • 電解質：溶於水中會導電的物質；非電解質：溶於水中不會導電的物質。（章末圖表關鍵字）
  • 導電性較差、燈泡較暗的水溶液中之電解質，也有可能是強電解質，例如：碳酸鈣為強電解質，即使溶解在水中的碳酸鈣，幾乎能完全解離成為碳酸根和鈣離子，但是因為溶解度差，離子數目少，導電性較差，燈泡也較暗。不過對國中生而言，判斷強、弱電解質時，若還需討論溶解度的問題，則會過於複雜，故在本階段並不適宜。（教師手冊章前教學Q&A之1）
  • 碳酸鈣：難溶於水。（正文）

更新紀錄

2023-05-01

• 增加實驗照片。感謝郭青鵬老師提供。
• 增加國中課本的定義，澄清邏輯謬誤。
• 增加附註，節錄NHK三版課文。