初中化學中的分析方法和手段

摘 要：化學（chemistry）是研究物質的組成、結構、性質以及變化規律的科學。分析方法和手段是化學研究的基本方法和手段。定性分析和定量分析是最常用的方法和手段。

關鍵詞：初中化學； 分析方法和手段； 定性分析； 定量分析； 辯證統一

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）08-016-002

化學（chemistry）是研究物質的組成、結構、性質以及變化規律的科學。世界是由物質組成的，化學則是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一，它是一門歷史悠久而又富有活力的學科，它的成就是社會文明的重要標志。化學的核心知識已經應用于自然科學的各個區域，化學是創造自然，改造自然的強大力量的重要支柱。目前，化學家們運用化學的觀點來觀察和思考社會問題，用化學的知識來分析和解決社會問題，例如能源問題、糧食問題、環境問題、健康問題、資源與可持續發展等問題。當今，化學日益滲透到生活的各個方面，特別是與人類社會發展密切相關的重大問題。它是一門社會迫切需要的實用學科。

二十世紀的化學是一門建立在實驗基礎上的科學，實驗與理論一直是化學研究中相互依賴、彼此促進的兩個方面。進入20世紀以后，由于受到自然科學其他學科發展的影響，并廣泛地應用了當代科學的理論、技術和方法，化學在認識物質的組成、結構、合成和測試等方面都有了長足的進展，而且在理論方面取得了許多重要成果。在無機化學、分析化學、有機化學和物理化學四大分支學科的基礎上，產生了新的化學分支學科。分析方法和手段是化學研究的基本方法和手段。其中，定性分析和定量分析是最常用的方法和手段，這在初中化學的學習中也經常會遇到。例如碳的完全燃燒和不完全燃燒，由于氧氣的量不同，導致了產物的不同；再如催化劑的量的不同，導致了反應速度的不同；反應溫度的不同，會影響化學反應的速度；溶液濃度的不同，也會影響化學反應的速度。2011年蘇州中考化學第35題以雞蛋清為研究對象，分別考查了硫酸銨溶液的濃度對蛋白質鹽析的影響；硝酸溶液的濃度對蛋白質化學反應和生理功能的影響以及溫度對化學反應的影響。這個題目充分反映了量對化學反應的現象和結果的影響，值得廣大教師和學生在教學和學習過程中思考和借鑒。

1869年俄國科學家門捷列夫（Dmitri Mendeleev）首創的周期表，他將當時已知的63種元素依原子量大小并以表的形式排列，把有相似化學性質的元素放在同一行，就是元素周期表的雛形。利用周期表，門捷列夫成功的預測當時尚未發現的元素的特性（鎵、鈧、鍺）。1913年英國科學家莫色勒利用陰極射線撞擊金屬產生X射線，發現原子序越大，X射線的頻率就越高，因此他認為核的正電荷決定了元素的化學性質，并把元素依照核內正電荷（即質子數或原子序）排列，經過多年修訂后才成為當代的周期表。在周期表中，元素是以元素的原子序排列，最小的排行最先。表中一橫行稱為一個周期，一列稱為一個族。這張表揭示了物質世界的秘密，把一些看來似乎互不相關的元素統一起來，組成了一個完整的自然體系。這就為化學中的定性分析和定量分析問題奠定了基礎。

定性分析就是對研究對象進行“質”的方面的分析。具體地說是運用歸納和演繹、分析與綜合以及抽象與概括等方法，對獲得的各種材料進行思維加工，從而能去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里，達到認識事物本質、揭示內在規律。定性分析是一種最根本、最重要的分析研究過程。例如在溶液的學習中，溶液組成的定性表示為：溶液=溶質+溶劑，定量表示為：溶質質量分數=溶質質量/溶液質量*100%；物質的溶解性因素屬于定性分析，其定量表示是溶解度及溶解度曲線。今年中考中出現的考題有：根據圖示情景和范例，編寫計算題，并完成相關內容。

【情景1】要配制一定質量分數、一定質量的氯化鉀溶液，應該怎么操作？

（1）編題范例 配制10%的氯化鉀溶液50g，分別需氯化鉀固體和水各多少？

（2）配制該溶液的操作步驟

①計算：

②稱量：用托盤天平稱取所需固體，再用 mL的量筒量取所需的水；

③溶解：將稱得的氯化鉀固體放入燒杯中，再倒入量取的水，用玻璃棒充分攪拌；

④裝瓶：將配制的溶液倒入試劑瓶，并貼上標簽。

【情景2】已知一定質量分數、一定質量的氫氧化鉀溶液與一定質量的鹽酸反應，得到只有一種溶質的溶液，求算反應后溶液的溶質質量分數。

（1）編寫題目

（2）計算過程 定性分析有兩種不同的層次：一種是研究的結果本身就是定性的描述材料，沒有數量化或者數量化水平較低；另一種是建立在嚴格的定量分析基礎上的定性分析。從科學認識的過程看，任何研究或分析一般都是從研究事物的質的差別開始，然后再去研究它們的量的規定，在量的分析的基礎上，再作最后的定性分析，得出更加可靠的分析。例如根據蠟燭在純氧中燃燒生成CO2和H2O，判斷蠟肯定有______元素，可能有_____元素。這個結果只能判斷為一定有碳元素、氫元素，可能有氧元素。氧元素到底有還是沒有，必須依靠定量分析。在科學研究中，通過定量分析可以使人們對研究對象的認識進一步精確化，以便更加科學地揭示規律，把握本質，理清關系，預測事物的發展趨勢。例如3.6g某物質在純氧中燃燒生成4.4gCO2和3.6gH2O，判斷該物質的元素組成。4.4gCO2對應的碳元素質量是1.2g，1.8gH2O對應的氫元素質量是0.4g，而3.6g-1.2g-0.4g=2.0g，即為氧元素的質量，這個結果判斷為一定有碳元素、氫元素和氧元素。

量變引起質變，量變質變規律是自然辯證法的基本規律，在自然界是普遍存在的，在化學變化中表現得尤其明顯。化學變化是千變萬化的，而影響化學變化的因素又是多種多樣的。在初中化學的學習中，同樣會遇到量變和質變的問題，具體表現為如何定性和定量的問題。

化學變化從本質上講就是量變引起質變的過程。判斷化學變化的依據是產生新物質，即不一樣的物質，這可以從新物質的顏色狀態等角度來分析，屬于定性分析問題。例如鎂條燃燒放出大量熱量，產生耀眼白光，生成白色固體，其中判斷化學變化的依據就是生成白色固體，產生了新物質。根據質量守恒定律，在化學反應中，參加反應的各物質的總和等于反應后生成的各物質總和。其微觀解釋是：在化學反應中，原子的種類、數目和質量均不變。這一些又屬于定量分析的問題。例如把鐵釘放在硫酸銅溶液（藍色）里，當反應結束（會有明顯的反應現象）后，剩余物質的質量將嚴格地等于鐵釘的質量和硫酸銅溶液的質量之和。實驗證明，物體的質量具有不變性。不論如何分割或溶解，質量始終不變。在任何化學反應中質量也保持不變。燃燒前碳的質量與燃燒時空氣中消耗的氧的質量之和準確地等于燃燒后所生成物質的質量。

定性分析和定量分析是有區別的。首先是手段不同，定性分析主要運用邏輯推理、歷史比較等方法，定量分析主要運用經驗測量、統計分析和建立模型等方法。例如在研究溶液的酸堿性時，采用了酸堿指示劑，300多年前，英國年輕的科學家羅伯特·波義耳在化學實驗中偶然捕捉到一種奇特的實驗現象，為洗掉花上的酸沫，他把花用水沖了一下，一會兒發現紫羅蘭顏色變紅了，他推斷，不僅鹽酸，而且其他各種酸都能使紫羅蘭變為紅色。為了獲得豐富、準確的第一手資料，他還采集了藥草、牽牛花，苔蘚、月季花、樹皮和各種植物的根……泡出了多種顏色的不同浸液，有些浸液遇酸變色，有些浸液遇堿變色，不過有趣的是，他從石蕊苔蘚中提取的紫色浸液，酸能使它變紅色，堿能使它變藍色，這就是最早的，波義耳把它稱作指示劑。其次是結論表述形式不同。定性分析結論多以文字描述為主；定量分析主要以數據、模式、圖形等來表達。例如用酸堿度來表示溶液的酸性或堿性的強弱程度。溶液的pH值與酸堿性關系是pH=7，溶液呈中性；pH<7，溶液呈酸性，pH越小，酸性越強；pH>7，溶液呈堿性，pH越大，堿性越強。相關的考題有：我省蘇北有些灘涂地區的土壤被稱為“鹽堿地”，當地農民常用引進內河淡水浸泡再排水的方法改良土壤。若以土壤pH為縱坐標，浸泡水次數（m）為橫坐標，下列能正確表示土壤pH變化的圖像的是：

雖然兩種分析方法對數學知識的要求有高有低，但并不能就此把定性分析與定量分析截然劃分開來。現代定性分析方法同樣要采用數學工具進行計算，而定量分析則必須建立在定性預測基礎上，二者相輔相成，定性是定量的依據，定量是定性的具體化，二者結合起來靈活運用，才能取得最佳效果。

定性研究是定量研究的基礎，是它的指南，但只有同時運用定量研究，才能在精確定量的根據下準確定性。

定性分析與定量分析應該是統一的，相互補充的。定性分析是定量分析的基本前提，沒有定性的定量是一種盲目的、毫無價值的定量；定量分析使之定性更加科學、準確，它可以促使定性分析得出廣泛而深入的結論。

盡管各個學習階段和各種實驗探究活動中所采用的方法存在著差異，但卻有著同一性。也就是說，在方法應用的問題上包含著相一致的原則：即從認識論方面說，要做到理論與實踐相結合的原則；從辯證法角度說，要做到歷史與邏輯的統一；從方法自身的規律和結構方面看，要做到個別與一般方法相結合，邏輯與非邏輯方法相結合。