經(jīng)得起驗證——化學數(shù)據(jù)的應(yīng)然追求

摘要：用化學理論對兩個實驗設(shè)計、兩道化學試題中的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)它們都經(jīng)不起實踐的檢驗。并分析了數(shù)據(jù)錯誤產(chǎn)生的原因，提出應(yīng)多收集數(shù)據(jù)，多使用數(shù)據(jù)來分析化學問題，來幫助自己提高對錯誤數(shù)據(jù)的敏感性，以避免在教學中使用錯誤數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：化學數(shù)據(jù)；科學性；化學教學

文章編號：1005–6629（2016）9–0032–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學教學中經(jīng)常會涉及一些數(shù)據(jù)。有時是為了要求學生從量的方面認識物質(zhì)及其變化的規(guī)律，圍繞數(shù)據(jù)展開定量計算[1]。有時是為了更便捷、直觀地表述化學命題。有時是創(chuàng)設(shè)教學或試題情境的需要。這些數(shù)據(jù)可以來源于教材或其他文獻，也可以是來源于科研論文、實驗測量或?qū)嶋H生產(chǎn)[2]。總之，教學中的數(shù)據(jù)應(yīng)該是真實可信的，應(yīng)該是客觀、真實和經(jīng)得起實踐與理論的檢驗的。可筆者在教學中卻發(fā)現(xiàn)部分材料中提供的數(shù)據(jù)違背了客觀實際，失去了可驗證性。列舉幾例，希望大家能關(guān)注化學材料中的數(shù)據(jù)問題。

1 實驗設(shè)計中存在的數(shù)據(jù)問題

案例1 利用NaHCO3與鹽酸反應(yīng)來比較反應(yīng)速率的數(shù)據(jù)問題

蘇教版《化學反應(yīng)原理》中曾有如下實驗設(shè)計[3]：在兩個大小相同的氣球中各放入2.0g碳酸氫鈉粉末。取兩只同樣大小的錐形瓶，向其中一只錐形瓶中加入50mL 1.0 mol·L-1鹽酸，向另一只錐形瓶中加入50mL 0.1 mol·L-1鹽酸。然后在錐形瓶瓶口套上上述兩個氣球，同時將氣球中的碳酸氫鈉粉末加入到錐形瓶中，觀察并比較氣球膨脹的快慢。

仔細推敲后發(fā)現(xiàn)，這個實驗設(shè)計中提供的數(shù)據(jù)不科學。2.0g NaHCO3完全反應(yīng)需要0.1 mol·L-1鹽酸的體積V=（2÷84）÷0.1×1000=238mL。由于0.1 mol·L-1鹽酸用量嚴重不足，導(dǎo)致實驗結(jié)論失去了說服力。

所幸教材編者已發(fā)現(xiàn)這個不足，在后期版本中修正了上述數(shù)據(jù)。可有教師雖然發(fā)現(xiàn)了這處修改，卻并不明白為什么要修改。

案例2 NaCl、NaHCO3溶解性比較中的數(shù)據(jù)設(shè)置問題

偶然機會接觸到為小學《科學》教材配套的《科學實驗活動練習冊》，其中有“比較食鹽和小蘇打在水中的溶解能力”實驗[4]：把30克食鹽平均分成六份，先取一小份放到20毫升水中，用玻璃棒充分攪拌；等食鹽完全溶解后，再加入第二份食鹽，繼續(xù)攪拌；完全溶解后，再加第三份食鹽……直到食鹽不能再溶解為止。記錄20毫升水中共溶解了幾份食鹽。用與剛才同樣的方法，將小蘇打一份一份地放入水中溶解。記錄20毫升水中共溶解了幾份小蘇打。

這個實驗設(shè)計應(yīng)是出自我們化學人之手，它反映了我們只重原理，不重數(shù)據(jù)的現(xiàn)實。

按40℃計算，20毫升水能溶解7.3g NaCl或2.5g NaHCO3。“30克”藥品遠遠超出了實驗的需要，造成藥品浪費，增加了實驗成本。

本實驗只是要證明NaCl的溶解性比NaHCO3大，從節(jié)約藥品且為實驗操作留有余地考慮，可修改為“稱量4克藥品分成四份……直到四份全部加入為止”。根據(jù)“4份NaCl可全溶，而NaHCO3卻不能”的實驗現(xiàn)象即可得出所需結(jié)論。

2 化學試題中存在的數(shù)據(jù)問題

在教學中發(fā)現(xiàn)，化學試題是數(shù)據(jù)出現(xiàn)科學性問題的“重災(zāi)區(qū)”。可見，篩選習題時要關(guān)注試題數(shù)據(jù)的科學性問題，特別是一些次要數(shù)據(jù)或輔助性數(shù)據(jù)。

案例3 不存在pH=1的醋酸或pH=13的氨水

筆者所在地區(qū)的高二期末調(diào)研考試的試卷中，有這樣的表述：“pH=2的鹽酸和pH=1的醋酸，c（H+）之比為2：1”、“pH=13的氨水”。這樣的溶液存在嗎？

案例4 鎂與pH=3的酸反應(yīng)的質(zhì)量變化不能使托盤天平偏轉(zhuǎn)

試題[7]：在托盤天平的兩個托盤上，分別放置質(zhì)量相同的燒杯A和B。在A、B燒杯中分別倒入等質(zhì)量的pH=3的鹽酸和醋酸（溶液的密度均為1g/cm3），然后向兩燒杯中分別加入等質(zhì)量且足量的鎂，反應(yīng)過程中，觀察天平指針將（D）。

A.不發(fā)生偏轉(zhuǎn)

B.先偏向B，后轉(zhuǎn)向中間

C.先偏向B，后偏向A

D.開始不偏轉(zhuǎn)，后偏向A

試題結(jié)合了反應(yīng)速率、電離平衡移動以及質(zhì)量變化。剛加鎂的瞬間，兩燒杯的質(zhì)量和c（H+）均相等，反應(yīng)速率也相等，故不偏轉(zhuǎn)。隨后因醋酸的電離平衡不斷右移，造成醋酸中c（H+）較大，反應(yīng)速率較快，且n（CH3COOH）大于n（HCl），所以燒杯B中被溶解的鎂多，天平不斷偏向A。

以上解析純粹站在理論角度，它忽視了一個重要細節(jié)：托盤天平的感量是0.1g。那要使A、B兩燒杯出現(xiàn)0.1g質(zhì)量差，需要多少醋酸、鹽酸？

根據(jù)醋酸的Ka，可知pH=3的醋酸的濃度為1/18 mol·L-1。設(shè)醋酸和鹽酸的體積均為V L，鹽酸與Mg反應(yīng)生成的H2為10-3 V g，即A盤減少的質(zhì)量。所以醋酸與鎂反應(yīng)至少要生成（0.1+10-3 V）g H2時天平才能偏轉(zhuǎn)。則：

解得：V=1.8L。換算成溶液質(zhì)量為1800g。這已經(jīng)遠遠超出了托盤天平的量程（一般是200克）。

3 相關(guān)思考

數(shù)據(jù)是高度濃縮的科學語言，有著豐富的含義和教學功能。基于實踐和事實的數(shù)據(jù)可以讓教學“錦上添花”，但經(jīng)不起推敲的數(shù)據(jù)卻會讓教學“如鯁在喉”。如上述四個案例，從原理上看正確可行，但數(shù)據(jù)卻成了其中的敗筆。因此，我們必須從培養(yǎng)學生思維嚴密性、從防范“誤人子弟”的高度來思考數(shù)據(jù)的問題。endprint

造成數(shù)據(jù)不科學的原因是多方面的。科學真實的數(shù)據(jù)源于重復(fù)的觀察和記錄，但在高中教學中，定性探究多，定量探究少（蘇教版全系教材中，僅有中和熱測定、中和滴定及鍍鋅鐵皮鋅層厚度的測定等少數(shù)幾個），教師親自動手測量獲取數(shù)據(jù)的機會不多，致使對數(shù)據(jù)的可靠性不夠敏感，缺乏對錯誤數(shù)據(jù)的鑒別能力，不經(jīng)意間使用了一些不科學的數(shù)據(jù)。

由于對錯誤數(shù)據(jù)不夠敏感，又沒有對選用的數(shù)據(jù)進行多角度核驗，更沒有進行實地測量，導(dǎo)致錯誤數(shù)據(jù)不知不覺地滲入到了化學教學之中。

筆者認為，每一道不科學的試題都折射出教師在認知上的不足或誤區(qū)。以上4個案例告訴我們，科學的認識和使用數(shù)據(jù)是教師必須具備的能力之一，也是亟待提高的能力之一。這需要我們廣泛地收集數(shù)據(jù)，視數(shù)據(jù)為日常教學的重要資源，嘗試利用各類數(shù)據(jù)分析、論證化學問題。如，利用Fe（OH）3溶度積、Fe（SCN）n（3-n）+解離常數(shù)進行計算，發(fā)現(xiàn)Fe（OH）3懸濁液中加KSCN溶液不會變血紅色[8]。利用I2的溶解度、Fe3+氧化I-反應(yīng)的平衡常數(shù)進行計算，發(fā)現(xiàn)I2氧化Fe2+生成的Fe3+足以和KSCN反應(yīng)使溶液變色[9]。在糾正一些錯誤認知的同時，培養(yǎng)了用數(shù)據(jù)思考問題的習慣，提高數(shù)據(jù)敏感性。

多收集數(shù)據(jù)，多使用數(shù)據(jù)可以“熟能生巧”，可以提高對錯誤數(shù)據(jù)的敏感性，同時可以多角度地建立數(shù)據(jù)與其他知識間的有機鏈接，對防范在教學中出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)有很大的幫助。

參考文獻：

[1]楊玉琴.中學生化學“定量化”能量的測評研究[J].化學教學，2013，（11）：13～16.

[2]丁浩.基于教材數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用的實踐探索[J].化學教學，2015，（7）：14～16.

[3]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應(yīng)原理（選修）（第二版）[M].南京：江蘇教育出版社，2007：33～34.

[4]《科學實驗活動練習冊》編寫組.義務(wù)教育課程標準·科學實驗活動練習冊（四年級·上冊）[M].杭州：浙江科學技術(shù)出版社，2015：14.

[5][6]楊德壬.中學教學全書·化學卷[M].上海：上海教育出版社，1996：890，894。

[7]大港一中高二第二次月考化學試卷（百度文庫：http：//wenku.baidu.com）.

[8]吳朝輝.關(guān)于一道Fe3+與SO3 2-實驗探究題的證偽與改編[J].化學教學，2015，（7）：75～77.

[9]吳朝輝，翁雪香. Fe2+與Fe3+轉(zhuǎn)化實驗中意外現(xiàn)象解釋及相關(guān)試題商榷[J].化學教學，2015，（12）：90～92.endprint