初中化學中的分析方法和手段

時菊蓮

摘 要： 化學（chemistry）是研究物質的組成、結構、性質、變化規律等的科學。分析方法和手段是化學研究的基本途徑。定性分析和定量分析是最常用的方法和手段。初中化學教師應該利用教材和開發教材，幫助學生構建定性和定量的概念模型，有利于培養學生嚴謹治學的科學精神和實事求是的科學態度。

關鍵詞： 分析方法和手段 定性分析 定量分析 辯證統一

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，由于受到自然科學及其他學科發展的影響，廣泛應用當代科學的理論、技術和方法，化學在研究物質的組成、結構、合成和測試等方面有長足的進展，在理論方面取得許多重要成果。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，化學實驗的考查方式傾向于“定性加定量”，這在近幾年的中考中經常會遇到。例如：二氧化碳通入澄清石灰水，由于二氧化碳的通入量不同，導致反應現象及產物均不同；又如催化劑的量不同，導致反應速度的不同；反應溫度的不同，會影響化學反應速度；溶液濃度的不同，會影響化學反應速度。2011年蘇州中考化學第35題以雞蛋清為研究對象，分別考查硝酸溶液的濃度對蛋白質化學反應和生理功能的影響及溫度對化學反應的影響；硫酸銨溶液的濃度對蛋白質鹽析的影響；這個題目充分反映量對化學反應現象和結果的影響，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）首創周期表，他將當時已知的63種元素按原子量大小以表的形式排列，把有相似化學性質的元素放在同一列，就是元素周期表的雛形。利用周期表，門捷列夫成功地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，發現原子序數越大，X射線的頻率就越高，因此他認為核的正電荷數決定了元素的化學性質，并把元素依照核內正電荷數（即質子數或原子序數）排列，經過多年修訂后才成為當代的周期表。在周期表中，元素以原子序數排列，原子序數最小的排行最前。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”方面的分析。具體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，從而去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里，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。

在對溶液溶解性和溶解度的學習中，不同溶質在同一溶劑中的溶解能力不同，如何區別易溶、可溶、微溶、難溶物質，是溶液溶解能力的定性表示，在討論溶質溶解性大小時，我們適時學習溶解度——溶解能力的定量表示，有了溶解度，我們就可以把物質的溶解性分得很細致。

表1 常溫下溶解度和溶解性的關系

同一種物質在水中的溶解度隨溫度的變化而變化，這種變化關系可以用物質的溶解度曲線表示，物質的溶解性因素屬于定性分析，其定量表示溶解度及溶解度曲線。所以，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。再如在分析工業冶鐵用一氧化碳還原氧化鐵的基礎上，引導學生根據質量守恒定律，書寫氧化鐵與一氧化碳反應的化學方程量變引起質變，量變質變規律是自然辯證法的基本規律，在自然界普遍存在，在化學變化中表現尤為明顯。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。

化學變化從本質上講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加以分析，屬于定性分析問題。例如：面粉燃燒放出大量熱量，生成黑色固體，其中判斷化學變化的依據是生成黑色固體，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的總和。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保持不變。例如，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，酸液能使它變紅色，堿液能使它變藍色，這就是最早的紫色石蕊試液，波義耳把它稱做酸堿指示劑。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、圖形等表達。例如：用酸堿度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堿性土壤。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（？搖？搖？搖？搖？搖？搖？搖？搖）。

定性分析和定量分析對數學知識的要求雖然有高有低，但不能就此把定性分析與定量分析截然劃分開。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；定量分析使定性更科學、準確，可以促使定性分析得出廣泛而深入的結論。

雖然各個學習階段和各種實驗探究活動中采用的方法存在差異，卻有著同一性。也就是說，在方法應用問題上包含一致原則：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；從方法自身規律和結構看，要做到個別與一般方法相結合，邏輯與非邏輯方法相結合。

在化學教育過程中，我們要體現出定量和定性研究的關系，從定性實驗發展到定量實驗，是認識不斷深化的表現，是現代科學技術發展的重要特點之一，我們要使學生了解，科學使用定量分析和定性分析這一方法和手段，能更精確地進行科學探究。