田長明
摘要:在“溶液濃度的表示”的教學(xué)過程中,初中教師常常只注重質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算和一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的配制,對一些看似不起眼的問題常常忽視。本文就學(xué)生的知識盲區(qū)、測量過程中的精確度、配制溶液時的操作細(xì)節(jié)和儀器的誤差等幾個問題展開闡述,希望能引起初中化學(xué)教師的關(guān)注。
關(guān)鍵詞:質(zhì)量分?jǐn)?shù);溶液的配制;知識盲區(qū);化學(xué)教學(xué)
文章編號:1005–6629(2015)4–0040–03 中圖分類號:G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2013版)對“溶液濃度的表示”一節(jié)的要求是“能進(jìn)行溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的簡單計(jì)算,能配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液”。教師基本能圍繞這一要求展開教學(xué),但在教學(xué)過程中,對一些看起來不太起眼的問題常常忽視,筆者列舉以下幾點(diǎn):
1 重視情境創(chuàng)設(shè),忽視學(xué)生知識的盲區(qū)
“學(xué)起于思,思源于疑”,思維總是在一定的問題情境中產(chǎn)生的,通過情境,提出問題,使教學(xué)信息具有新奇性,從而使學(xué)生產(chǎn)生好奇心和求知欲,極大地激發(fā)了學(xué)生探究動機(jī)和興趣,有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新所需要的思維素質(zhì)和探究能力。但我們在創(chuàng)設(shè)問題情境的時候,對學(xué)生的知識盲區(qū)不能視而不見。
案例1 如圖1所示為市售的濃鹽酸的相關(guān)信息,實(shí)驗(yàn)室要利用該濃鹽酸配制50g質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的稀鹽酸,需要濃鹽酸多少毫升?水多少毫升?
教師利用濃鹽酸試劑瓶上標(biāo)簽的部分內(nèi)容設(shè)置問題情境,這是一個很好的想法,但我們有些老師對問題的分析,只是局限于這道題怎么作答,對情境中一些學(xué)生的知識盲點(diǎn)則輕易放過,例如該題情境中的“化學(xué)純”就是學(xué)生的知識盲區(qū)。初中學(xué)生對物質(zhì)分類的認(rèn)識還比較淺顯,學(xué)生不知道化學(xué)純和純凈物的概念區(qū)別,化學(xué)純是否就是純凈物?如果不是純凈物,那化學(xué)純又代表什么?
學(xué)生可以通過標(biāo)簽上的“含HCl 37%”,分析出化學(xué)純不是純凈物,但化學(xué)純是什么?教師應(yīng)該給學(xué)生提供資料卡。
通過資料卡,學(xué)生對藥品按純度分類的知識有所了解,對物質(zhì)分類的認(rèn)識會更加深刻。
2 重視計(jì)算方法,忽視精確程度的思考
自然科學(xué)的研究就是實(shí)驗(yàn)、測量并對測量結(jié)果進(jìn)行分析、認(rèn)識的過程,測量是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要手段之一,而精確度和有效數(shù)字是測量的重要基礎(chǔ)內(nèi)容。但初中教師在教學(xué)中通常重視計(jì)算的方法,對于計(jì)算過程中數(shù)據(jù)的精確度和有效數(shù)字問題通常是忽略的。
案例2 你能計(jì)算A、B、C三杯糖水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)嗎?
答:A杯糖水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.6%
計(jì)算的過程好像沒有問題,但筆者覺得這是一道偽命題。一勺糖的質(zhì)量約3g,一杯水的體積約200mL,看圖2A中的水的體積約是杯體積的二分之一,三個關(guān)鍵參數(shù)都是一個大約的數(shù)值,如何求溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?計(jì)算的結(jié)果居然可以精確到5.6%,真是有點(diǎn)不可思議。
案例3 t℃時,向一支盛有0.15g熟石灰的燒杯中加入50g水,充分振蕩后靜置,燒杯底部仍有未溶解的白色固體。下列相關(guān)敘述正確的是( )
A.升高溫度上層清液變?yōu)椴伙柡腿芤?/p>
B. t℃時,熟石灰的溶解度為0.3g
C.燒杯中溶液的質(zhì)量小于50.15g
D.上層清液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.3%
教師分析:這道題的正確選項(xiàng)是“C”,因?yàn)闅溲趸}沒有完全溶解,所以上層清液是飽和溶液,在該溫度下的溶解度小于0.3g。
答案沒有問題,教師的分析過程也沒有問題,筆者疑惑的是試題的數(shù)據(jù)。熟石灰是0.15g,水是50g,熟石灰的溶解度為0.3g,質(zhì)量分別精確到0.01g、1g、0.1g,同一試題,質(zhì)量有3種精度,顯然是不合適的。我們在使用天平時,必須考慮天平分度值的選擇,其依據(jù)是稱量結(jié)果精確度的要求,一方面要防止用精度不夠的天平來稱量,以免準(zhǔn)確度不符合要求,另一方面也要防止濫用過高精度的天平來稱量,以免造成浪費(fèi)。另外應(yīng)該注意的是同一實(shí)驗(yàn)應(yīng)使用同一臺天平和砝碼。
3 重視配制流程,忽視實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)
一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液的配制通常有兩種途徑,一種是一定質(zhì)量固體溶于一定體積的溶劑中,一種途徑是濃溶液的稀釋。配制的流程可用以下示意圖表示:
教師在教學(xué)過程中往往重視實(shí)驗(yàn)的流程,對操作過程的細(xì)節(jié)問題沒有引起高度的關(guān)注,致使學(xué)生在操作時出現(xiàn)諸多不規(guī)范的地方。以配制50g 10%的氯化鈉溶液為例:
稱取過程中的細(xì)節(jié):用托盤天平稱取一定量氯化鈉固體,學(xué)生操作過程中突出的問題表現(xiàn)在兩方面,一是在托盤上加藥品。當(dāng)藥品很少量時,不會用右手輕拍拿藥匙手的手腕來填足藥量;二是藥品過量的處理。當(dāng)在托盤上添加的藥品過量時,學(xué)生習(xí)慣性的用藥匙將多余藥品放回原試劑瓶。
溶解過程中的細(xì)節(jié):學(xué)生會將量筒量取的40mL蒸餾水一下子全部倒入小燒杯中進(jìn)行溶解,溶解后裝瓶。而不是先倒入部分蒸餾水進(jìn)行溶解,將溶解后的食鹽水倒入試劑瓶里,然后用剩余的蒸餾水洗滌小燒杯2~3次,將洗滌液也倒入試劑瓶,塞緊試劑瓶塞,將溶液混合均勻。
4 重視理論分析,忽視實(shí)驗(yàn)儀器的誤差
在定量分析中,由于受分析方法、測量儀器和分析工作者主觀條件等方面的限制,使測量的結(jié)果不可能和真實(shí)含量完全一致,客觀上存在著難以避免的誤差。誤差又分系統(tǒng)誤差和偶然誤差,其中系統(tǒng)誤差是由分析過程中某些確定的、經(jīng)常性的因素引起的,主要包括:儀器誤差、方法誤差、試劑誤差、操作誤差等。系統(tǒng)誤差可以通過校正的方法予以減小或消除;偶然誤差又稱隨機(jī)誤差,偶然誤差是由一些隨機(jī)因素引起的,大小和正負(fù)都難以預(yù)測,且不可以被校正[1]。
在教學(xué)過程中,對所配溶液進(jìn)行誤差分析也是教學(xué)中一個重要內(nèi)容,但筆者認(rèn)為不是所有的分析都具有價值。
案例4 要配制50g 20%的KNO3溶液,需要量取水的體積 ▲ mL。若其他操作都正確,在用量筒量取水時,仰視讀數(shù),則所配制的溶液溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)將 ▲ 。(填“偏大”,“偏小”,“不變”)
教師分析:溶質(zhì)質(zhì)量=溶液質(zhì)量×溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù),配制50g 20%的KNO3溶液,需KNO3的質(zhì)量=50g×20%=10g;溶劑質(zhì)量=溶液質(zhì)量-溶質(zhì)質(zhì)量,則所需蒸餾水的質(zhì)量=50g-10g=40g;水的密度為1 g·mL-1,則需要量取水的體積為40mL。用量筒量取水的體積時,仰視讀數(shù),讀數(shù)比實(shí)際偏小,則會導(dǎo)致所量取水的實(shí)際體積大于所量的值,即所量取的水的實(shí)際體積偏大,溶劑的質(zhì)量偏大,故所得溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小。
教師的分析似乎很有道理,但初中教材中一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的配制只是粗略的配制,因此對儀器的精度要求不是很高,如稱量固體用的是托盤天平,量取液體用的是量筒。量筒本身就存在著較大的誤差,如50mL量筒的誤差是±1mL,為了研究量筒的實(shí)驗(yàn)誤差,筆者做了如下實(shí)驗(yàn):
課題:配制50g 10%的氯化鈉溶液
實(shí)驗(yàn):用電子天平稱5.00g氯化鈉,再用50mL的量筒量取45mL的水,將兩者在燒杯中混合(不用玻璃棒攪拌),用電子天平稱混合后的總質(zhì)量(去皮),記錄數(shù)據(jù)。重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次。
再選用另外2只50mL的量筒,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1~3所示。
通過上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,有些量筒是正誤差,有些量筒是負(fù)誤差。因此仰視和俯視造成的誤差和量筒本身的誤差綜合在一起,究竟溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是偏大還是偏小就不能確定了。筆者認(rèn)為量筒讀數(shù)時,仰視和俯視,讀數(shù)偏大還是偏小是可以討論的,但對于粗配一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液,這樣的誤差分析沒有什么實(shí)際的意義。
教學(xué)是自由的,但教學(xué)又是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。初中教師如何在把握教學(xué)重點(diǎn)的同時,對我們一些常忽視的問題也要引起高度的關(guān)注。
參考文獻(xiàn):
[1]華中師范大學(xué)等.分析化學(xué)(上冊第三版)[M].北京:高等教育出版社,2002:42~43.