王寶權(quán)

摘要：從“定量計(jì)算對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的指導(dǎo)作用”和“定量計(jì)算須源于客觀事實(shí)”兩個(gè)角度展開論述，借助教材案例闡述了定量計(jì)算在初中化學(xué)教學(xué)中的重要作用。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué)；定量計(jì)算；實(shí)驗(yàn)；客觀事實(shí)

文章編號(hào)：1008-0546（2017）07-0069-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.020

一、定量計(jì)算指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)藥品用量

初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)大多是定性實(shí)驗(yàn)。但筆者認(rèn)為化學(xué)教師應(yīng)該對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品用量進(jìn)行計(jì)算，一方面可以對(duì)實(shí)驗(yàn)做到心中有數(shù)，提高實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)率。另一方面，教師在演示實(shí)驗(yàn)中通過選用適量藥品也可以向?qū)W生傳遞節(jié)約藥品的理念。筆者在化學(xué)教學(xué)中從引導(dǎo)學(xué)生測(cè)量所用實(shí)驗(yàn)儀器容量入手，通過化學(xué)方程式計(jì)算確定實(shí)驗(yàn)藥品的理論用量，再確定實(shí)驗(yàn)用量，從而使得對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)有的放矢。

案例1：空氣成分測(cè)定實(shí)驗(yàn)中紅磷用量的確定。九年級(jí)化學(xué)滬教版課本（上冊(cè)2016版）第13頁有一個(gè)“測(cè)定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)”的實(shí)驗(yàn)。這是一例半定性半定量的演示實(shí)驗(yàn)。從課本上的圖示比例可見所用燃燒匙是一支普通的燃燒匙，所用集氣瓶為實(shí)驗(yàn)室常見的250mL規(guī)格的。根據(jù)250mL的空氣可以推算出約含有50mL的氧氣（通常狀況下，氧氣的密度是1.429g/L），根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算如下：

設(shè)250mL集氣瓶中50mL的氧氣完全反應(yīng)，至多能反應(yīng)掉的紅磷的質(zhì)量為x。

經(jīng)計(jì)算可知，理論上需要紅磷的質(zhì)量為0.05537g， 實(shí)驗(yàn)時(shí)可用電子天平稱量。而如果教師不進(jìn)行定量的計(jì)算，只是按照課本演示實(shí)驗(yàn)的要求“在帶橡皮塞和導(dǎo)管的燃燒匙內(nèi)裝滿紅磷”，而一支普通的燃燒匙所盛放的紅磷的質(zhì)量約為4g，是理論計(jì)算量0.05537g的72倍。筆者選用250mL的集氣瓶，稱量 0.11g紅磷于燃燒匙內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取得了成功。

案例2：一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)中氧化鐵用量的確定。九年級(jí)化學(xué)滬教版課本（2016版）124頁編排了“一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中氧化鐵的用量沒有具體說明，教材的表述是“放入少量氧化鐵粉末”，這個(gè)少量是多少呢？學(xué)校實(shí)驗(yàn)室常用的硬質(zhì)直玻璃管的容積約為150mL，按照教材圖示比例，裝入氧化鐵粉末的量約為5g左右。這一用量是否合適？

用化學(xué)方程式計(jì)算如下：

設(shè)直玻璃管中150mL的一氧化碳完全反應(yīng)，至多能反應(yīng)掉氧化鐵的質(zhì)量為x。

經(jīng)計(jì)算可知，理論上最多需要氧化鐵粉末的質(zhì)量為0.357g，可以用電子天平精確稱量，由于量比較少，也便于平鋪在直玻璃管中，有利于與一氧化碳充分接觸而完全反應(yīng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)中由于CO是不斷補(bǔ)充為稍過量，故Fe2O3用量稍多于理論計(jì)算量也可。但圖示用量是實(shí)際計(jì)算量0.357g的十多倍（5g/0.357g=14），顯然不利于演示實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

筆者選取容積約為150mL的硬質(zhì)直玻璃管，稱取0.4g氧化鐵粉末攤薄，通入CO氣體 120個(gè)/分鐘氣泡，用酒精噴燈加熱，見到氧化鐵在3分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?/p>

由此可見，真實(shí)的化學(xué)方程式的計(jì)算在我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和演示實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮重要的理論指導(dǎo)作用，因此實(shí)驗(yàn)前先計(jì)算，對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大有裨益。

二、計(jì)算題編制須符合客觀事實(shí)

化學(xué)計(jì)算是從量的方面研究物質(zhì)及其變化規(guī)律的，它不是單純的數(shù)學(xué)運(yùn)算，而是與基本概念、化學(xué)用語、元素及化合物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等融為一體的?；瘜W(xué)計(jì)算教學(xué)的目的在于使學(xué)生通過數(shù)量關(guān)系去理解并掌握化學(xué)概念，基本理論和元素化合物的知識(shí)。故不能為了計(jì)算而任性的編制題目，必須要符合客觀的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。筆者在教學(xué)的過程中，發(fā)現(xiàn)有的化學(xué)計(jì)算題的編制值得商榷。

案例1：計(jì)算石灰水能吸收多少二氧化碳?xì)怏w的實(shí)驗(yàn)題。某教材上有這樣一道題目：把干燥的二氧化碳?xì)怏w通入盛有石灰水的小燒杯中，若稱得燒杯內(nèi)物質(zhì)的總質(zhì)量增大2.5g，那么被吸收的二氧化碳?xì)怏w是多少克？你是怎么推算的？

這道題設(shè)置在“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”一節(jié)之后，根據(jù)質(zhì)量守恒定律推算出被吸收的二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)量是2.5g，好像沒有什么問題，但這題沒有認(rèn)真考慮實(shí)驗(yàn)的真實(shí)情況及石灰水的性質(zhì)。

筆者為了探尋這道題的真實(shí)情景，做了以下的實(shí)驗(yàn)探究：用50mL的小燒杯盛裝約50mL 的石灰水，放在電子天平上先稱量質(zhì)量為69.040g，然后不斷向其中通入二氧化碳?xì)怏w，可見石灰水中有大量氣泡不斷冒出，很快石灰水變渾濁了，繼續(xù)通入后又變澄清，幾分鐘后，制取裝置中的反應(yīng)逐漸減慢，石灰水中的氣泡越來越少，直至消失。取走導(dǎo)氣管，發(fā)現(xiàn)電子天平的示數(shù)不升反降為69.033g。這是怎么回事？筆者又重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)2次，現(xiàn)象同上。筆者分析產(chǎn)生以上現(xiàn)象的主要原因是：CO2氣體的逸出帶走部分水蒸氣；伸入石灰水的玻璃導(dǎo)氣管內(nèi)壁附著的水隨玻璃管的取出而導(dǎo)致質(zhì)量減小。

查閱資料可知：已知20℃ 時(shí)氫氧化鈣溶解度為0.18g；在常溫常壓下，二氧化碳溶于水形成的飽和的水溶液里二氧化碳的濃度為0.035mol·L-1[1]。

理論計(jì)算：

20℃ 時(shí)50mL澄清石灰水的質(zhì)量約為50g，設(shè)其中的Ca（OH）2能吸收的CO2 的質(zhì)量為x

2CO2 + Ca（OH）2 ■ Ca（HCO3）2

88 74

x 0.09g

x=0.107g

其中的水假設(shè)為50mL，能吸收的CO2 的質(zhì)量為：0.035mol·L-1 × 0.050L=0.00175g

則50mL石灰水理論上共能吸收的CO2的質(zhì)量為 0.107g+0.00175g=0.10875g

結(jié)論：因?yàn)?0.10875g遠(yuǎn)小于2.5g，所以該題目的設(shè)想不成立。

由此可見，該題目無論是理論推算還是實(shí)驗(yàn)探析，均不合理，值得商榷。

化學(xué)計(jì)算教學(xué)中，教師需依據(jù)初中化學(xué)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器以及提供的可查閱的真實(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合情景真實(shí)的可操作的實(shí)驗(yàn)，編制真實(shí)可信的能反映化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)的簡(jiǎn)單計(jì)算題目。

案例2：計(jì)算小蘇打中混有少量碳酸鈉的有關(guān)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)題。某教材上還有這樣一道計(jì)算題：某小蘇打中混有少量碳酸鈉。為了測(cè)定樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取2.0g樣品加熱到質(zhì)量不再減小時(shí)，共收集到二氧化碳0.44g。求該樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（碳酸氫鈉受熱分解：2NaHCO3■Na2CO3+H2O+CO2，碳酸鈉受熱不分解）。

該題中的二氧化碳的質(zhì)量為0.44g， 計(jì)算起來很方便，但其實(shí)此處有湊數(shù)字之嫌。0.44 g的二氧化碳是怎樣收集的呢？又是怎樣稱量的呢？是先用濃硫酸除去水蒸氣，然后再采用濃的氫氧化鈉溶液吸收嗎？有研究證明[2]：在常溫常壓下，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳，其吸收率僅為25%左右，大量的氣體因?yàn)橥庖荻鴵p失掉，既然有大量的氣體損失，從而導(dǎo)致測(cè)定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)因不準(zhǔn)確而不合理。如果采用固體減量法，那么水蒸汽和二氧化碳是同時(shí)減少的，又怎樣單獨(dú)計(jì)量二氧化碳的質(zhì)量呢？

蘇州市教育科學(xué)研究院中考命題組將上述題目改編成一道中考題[3]，采用簡(jiǎn)捷的實(shí)驗(yàn)裝置，提供可操作的計(jì)量數(shù)據(jù)，通過將產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣的質(zhì)量之和作為固體減少的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，這樣編制的題目是基于真實(shí)實(shí)驗(yàn)情景、“可計(jì)量”、“可操作”計(jì)算的典范。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳明元.中學(xué)化學(xué)中二氧化碳溶于水的問題[J].化學(xué)教學(xué)，2014（9）：93-94

[2] 田長(zhǎng)明.用酸溶法測(cè)定市售碳酸鈣純度的實(shí)驗(yàn)探究[J].化學(xué)教學(xué)，2014（9）：62-64

[3] 毛明.初中化學(xué)“可計(jì)量計(jì)算”試題的命題策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（3）：63-65