談初中化學試題中的“數據”存在的幾個問題

田長明

摘要：初中化學試題命制中常常會涉及一些數據，這些數據必須客觀和真實，但有些試題的數據或殘缺不全、或主觀臆造、或不足為據、或來源不實。這就需要教師在教學過程中及時發現問題，明辨真偽，去偽存真。

關鍵詞：數據；傳感器：氧氣含量；硫酸銅：稀硫酸質量分數；氫氧化鈣

文章編號：1008-0546（ 2022 ）11x-0070-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.018

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，而定量實驗又是中學化學實驗的重要組成部分，這就要求教師在課堂教學中要培養學生分析和處理數據的能力。

化學試題中經常會涉及一些數據。按理這些數據應該是真實可信的，應該是客觀、真實和經得起實踐與理論檢驗的。但筆者在教學中發現，一些試題的數據存在著問題，主要有下列四種情形：

一、數據殘缺不全，圖表繪制粗枝大葉

案例1是某市初三化學測試的一道選擇題。

案例1：用紅磷燃燒測定空氣中氧氣含量的裝置、測定過程中三頸瓶內壓強、溫度隨時間變化的曲線如圖1所示（電火花點燃裝置工作時對環境溫度基本無影響]。下列說法正確的是

（ ）

A．t1啟動電火花點燃裝置，紅磷開始燃燒

B．t2時紅磷與氧氣反應放出的熱量等于裝置向外散發的熱量

C．t2-t3壓強減小主要是因為瓶內O：不斷被消耗

D．t4時打開彈簧夾燒杯內的水進入三頸瓶內

對于這道題，筆者有下列2點疑惑：

疑惑1：圖1上只有溫度、壓強和時間的單位及0點，但具體的測量數據1個都沒有，就讓人懷疑這樣的圖表是不是真實的？

疑惑2：反應后剩余的氣體主要是氮氣，氮氣約占空氣體積的4/5，雖然圖表上沒有數據，但可以看出反應后三頸瓶內壓強趨近0，這科學嗎？

下面是粵教版九年級化學教材中利用傳感器測定溶液的溫度變化，圖表上的數據就非常完整和規范。

隨著科學技術的進步，中學化學實驗也在引進現代化的測試方法，例如用數字化手持技術可以測定物質溶解于水時溶液的溫度變化。

用量筒向3個同規格的錐形瓶中各加入100 mL水再分別加進10 gNH4NO3、NaCl和NaOH固體，開動磁力攪拌器、數據采集器動態采集溶液溫度隨時間變化的數據（見圖2）。[1]

二、數據主觀臆造，試題前后自相矛盾

案例2是某出版社九年級化學課時提優計劃作業本中的一道題：

案例2：現有氧化鐵、氧化銅組成的混合物80 g，其中氧元素的質量分數24%，加入150 g稀硫酸恰好完全反應，則該稀硫酸中氫元素的質量分數為 （ ）

解析：氧化鐵、氧化銅與稀硫酸的反應的實質是稀硫酸中的氫離子與氧化鐵、氧化銅中的氧離子結合生成水。

根據題意，氧化鐵、氧化銅中氧元素的質量為：m（O）=80x24%=19.2 g

這道選題對于九年級的學生來說難度偏大，很多學生忽略了水中氫元素的質量，從而誤選了D，而筆者認為這道題不是難度問題，而是題目的命制是否是科學的？

疑惑1：硫酸銅和硫酸鐵溶液都是酸性的，氧化鐵、氧化銅和稀硫酸能否恰好完全反應？

疑惑2：通過計算不難得出該硫酸溶液的質量分數為78.4%，78.4%的硫酸溶液是不是稀硫酸？

為了解決疑惑1，筆者做了下列兩則實驗：

實驗1：在3個燒杯中分別放入一定量氧化銅粉末（過量），分別在其中加入三份酸度不同的稀硫酸，用玻璃棒不斷攪拌，充分反應后，用酸度計測定其溶液的pH（見圖3）。

實驗2：在3個燒杯中分別加入一定量氧化鐵粉末（過量），分別在其中加入酸度不同的稀硫酸，用玻璃棒不斷攪拌，充分反應后，用酸度計測定其溶液的pH（見圖4）。

對比實驗的結果見表1。

實驗結果表明：氧化銅與稀硫酸反應，三個燒杯中都有氧化銅剩余，反應后生成硫酸銅溶液的質量分數不同（顏色深淺不同），反應后溶液都是酸性的，但酸度不同，生成的硫酸銅溶液質量分數越大，溶液的酸度越高。而氧化鐵與三種酸度的稀硫酸幾乎不反應，這就說明了氧化鐵、氧化銅和稀硫酸不可能恰好完全反應。

疑惑2是濃硫酸和稀硫酸如何界定的問題，一般認為濃硫酸是指溶質質量分數大于或等于70%的硫酸溶液。即物質的量濃度大于11.43 mol/L硫酸為濃硫酸。而稀硫酸是指溶質質量分數小于或等于70%的硫酸的水溶液。該題中硫酸溶液的質量分數經計算為78.4%，應該不是稀硫酸，而是濃硫酸。

三、數據不足為據，化學原理大相徑庭

案例3是九年級化學計算題中的一道高頻題。

案例3：為了測定一瓶硫酸銅溶液中溶質的質量分數，取出50 g該溶液，向其中逐滴加入質量分數為16%的氫氧化鈉溶液，反應過程生成沉淀的質量與所用氫氧化鈉溶液的質量關系如圖5所示。

請分析并進行計算：

N點對應的溶液中溶質為▲。

計算此硫酸銅溶液中溶質的質量分數 ▲。 解析：在硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液會生成氫氧化銅沉淀，當加入25 g氫氧化鈉溶液時，沉淀質量達到最大，硫酸銅和氫氧化鈉恰好完全反應，繼續加氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉會過量，因此N點對應的溶液中溶質為硫酸鈉和氫氧化鈉。

這道題數據好像沒什么問題，但筆者有點疑惑。在硫酸銅溶液中加入氫氧化鈉溶液，生成的沉淀是不是氫氧化銅？

為了解決這兩個疑惑，筆者做了下列二則實驗：

實驗3：在試管中加入2 mLNaOH溶液，然后在NaOH溶液中滴加硫酸銅溶液，觀察到有藍色絮狀沉淀生成，然后將反應后的懸濁液在酒精燈上加熱，觀察到有黑色沉淀生成（見圖6）。

實驗4：在試管中加入2 mLCuSO4溶液，然后在CuSO4溶液中滴加NaOH溶液，觀察到有綠色沉淀生成，然后將反應后的懸濁液在酒精燈上加熱，觀察到無明顯變化（見圖7）。

實驗3說明在氫氧化鈉溶液中滴加硫酸銅溶液生成的是氫氧化銅沉淀，而實驗4說明了在硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液，生成的沉淀不是氫氧化銅，而是堿式硫酸銅。堿式硫酸銅的成分比較復雜，無法計算出硫酸銅溶液的質量分數。

四、數據來源不實，實驗設計荒誕

案例4是某市2021年的中考化學試題。

案例4：將含有CH4和H2的混合氣體6 g完全燃燒，把產生的氣體通入澄清石灰水中，得到20 g沉淀。則原混合氣體中CH4和H：的質量比為

（ ）

A. 2：3

B.3：10

C.8：1

D.8：7

解析：二氧化碳通入澄清石灰水中，產生20 g碳酸鈣沉淀，根據化學反應前后元素的質量不變，可知CH。中碳元素的質量為2.4 g，則CH4的質量為3.2 g，H2的質量為2.8 g，m（CH4）：m（H2）=3.2 g：2.8 g=8：7，正確選項為D

筆者認為該題的實驗設計首先是不切實際的，其一氫氧化鈣微溶于水，石灰水吸收二氧化碳的量非常少，實驗室一般用氫氧化鈉濃溶液來吸收CO2。其二CO2通過石灰水不可能全部被吸收，大多數來不及反應就逸散到空氣中，即使用20%的氫氧化鈉溶液吸收CO2，吸收率也只有25%左右。實驗室通常通過測量CO2的體積來求CO2的質量，通常采用圖8的裝置，用這樣測量的誤差要小很多。

另外筆者認為試題中的數據真實性值得推敲，假設CO2全部被石灰水吸收，產生20 g碳酸鈣沉淀，需要石灰水的體積太大。我們不妨計算一下：

查閱資料可知：已知20 ℃時氫氧化鈣溶解度為0.165 g。

因飽和石灰水是稀溶液，可設其密度為1.00 g.mL-1，8984.5 g澄清石灰水體積約為9L。在實驗室要尋找大于9L的反應器是很難的，目前實驗室配備最大的塑料燒杯也就5000 mL。

產生20 g碳酸鈣，說明燃燒產生的CO2是0.2 mol，0.2 mol CO2氣體在標況下的體積是4.48 L，如果用圖8裝置來測二氧化碳的體積，至少需要規格為SL的量筒，而實驗室最大的量筒規格是1000 mL。

綜上2點說明該題的實驗設計和實驗數據都是荒誕的。

“世界的本質就是數據”，[2]這是英國人維克托在《大數據時代》中提出的觀點，數據是化學研究的基石，對待數據，教師的態度應該是認真的。

參考文獻

[1] 江琳才，義務教育教科書（化學九年級下冊）[M].廣州：廣東教育出版社.2014：196.

[2] [英]維克托·邁爾·舍恩伯格，[英]肯尼思·庫克耶．大數據時代（M）.杭州：浙江人民出版社，2012.