初中化學(xué)中的分析方法和手段

摘 要：化學(xué)（chemistry）是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及變化規(guī)律的科學(xué)。分析方法和手段是化學(xué)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(guān)鍵詞：初中化學(xué)； 分析方法和手段； 定性分析； 定量分析； 辯證統(tǒng)一

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2014）08-016-002

化學(xué)（chemistry）是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及變化規(guī)律的科學(xué)。世界是由物質(zhì)組成的，化學(xué)則是人類用以認(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一，它是一門(mén)歷史悠久而又富有活力的學(xué)科，它的成就是社會(huì)文明的重要標(biāo)志。化學(xué)的核心知識(shí)已經(jīng)應(yīng)用于自然科學(xué)的各個(gè)區(qū)域，化學(xué)是創(chuàng)造自然，改造自然的強(qiáng)大力量的重要支柱。目前，化學(xué)家們運(yùn)用化學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)觀察和思考社會(huì)問(wèn)題，用化學(xué)的知識(shí)來(lái)分析和解決社會(huì)問(wèn)題，例如能源問(wèn)題、糧食問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題、健康問(wèn)題、資源與可持續(xù)發(fā)展等問(wèn)題。當(dāng)今，化學(xué)日益滲透到生活的各個(gè)方面，特別是與人類社會(huì)發(fā)展密切相關(guān)的重大問(wèn)題。它是一門(mén)社會(huì)迫切需要的實(shí)用學(xué)科。

二十世紀(jì)的化學(xué)是一門(mén)建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)與理論一直是化學(xué)研究中相互依賴、彼此促進(jìn)的兩個(gè)方面。進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于受到自然科學(xué)其他學(xué)科發(fā)展的影響，并廣泛地應(yīng)用了當(dāng)代科學(xué)的理論、技術(shù)和方法，化學(xué)在認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、合成和測(cè)試等方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，而且在理論方面取得了許多重要成果。在無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)四大分支學(xué)科的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了新的化學(xué)分支學(xué)科。分析方法和手段是化學(xué)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(xué)的學(xué)習(xí)中也經(jīng)常會(huì)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(dǎo)致了產(chǎn)物的不同；再如催化劑的量的不同，導(dǎo)致了反應(yīng)速度的不同；反應(yīng)溫度的不同，會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的速度；溶液濃度的不同，也會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的速度。2011年蘇州中考化學(xué)第35題以雞蛋清為研究對(duì)象，分別考查了硫酸銨溶液的濃度對(duì)蛋白質(zhì)鹽析的影響；硝酸溶液的濃度對(duì)蛋白質(zhì)化學(xué)反應(yīng)和生理功能的影響以及溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響。這個(gè)題目充分反映了量對(duì)化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象和結(jié)果的影響，值得廣大教師和學(xué)生在教學(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程中思考和借鑒。

1869年俄國(guó)科學(xué)家門(mén)捷列夫（Dmitri Mendeleev）首創(chuàng)的周期表，他將當(dāng)時(shí)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(xué)性質(zhì)的元素放在同一行，就是元素周期表的雛形。利用周期表，門(mén)捷列夫成功的預(yù)測(cè)當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)的元素的特性（鎵、鈧、鍺）。1913年英國(guó)科學(xué)家莫色勒利用陰極射線撞擊金屬產(chǎn)生X射線，發(fā)現(xiàn)原子序越大，X射線的頻率就越高，因此他認(rèn)為核的正電荷決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，并把元素依照核內(nèi)正電荷（即質(zhì)子數(shù)或原子序）排列，經(jīng)過(guò)多年修訂后才成為當(dāng)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(gè)周期，一列稱為一個(gè)族。這張表揭示了物質(zhì)世界的秘密，把一些看來(lái)似乎互不相關(guān)的元素統(tǒng)一起來(lái)，組成了一個(gè)完整的自然體系。這就為化學(xué)中的定性分析和定量分析問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。

定性分析就是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行“質(zhì)”的方面的分析。具體地說(shuō)是運(yùn)用歸納和演繹、分析與綜合以及抽象與概括等方法，對(duì)獲得的各種材料進(jìn)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(dá)到認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)、揭示內(nèi)在規(guī)律。定性分析是一種最根本、最重要的分析研究過(guò)程。例如在溶液的學(xué)習(xí)中，溶液組成的定性表示為：溶液=溶質(zhì)+溶劑，定量表示為：溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)=溶質(zhì)質(zhì)量/溶液質(zhì)量*100%；物質(zhì)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(xiàn)的考題有：根據(jù)圖示情景和范例，編寫(xiě)計(jì)算題，并完成相關(guān)內(nèi)容。

【情景1】要配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)、一定質(zhì)量的氯化鉀溶液，應(yīng)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(jì)算：

②稱量：用托盤(pán)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?jǐn)嚢瑁?/p>

④裝瓶：將配制的溶液倒入試劑瓶，并貼上標(biāo)簽。

【情景2】已知一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)、一定質(zhì)量的氫氧化鉀溶液與一定質(zhì)量的鹽酸反應(yīng)，得到只有一種溶質(zhì)的溶液，求算反應(yīng)后溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（1）編寫(xiě)題目

（2）計(jì)算過(guò)程 定性分析有兩種不同的層次：一種是研究的結(jié)果本身就是定性的描述材料，沒(méi)有數(shù)量化或者數(shù)量化水平較低；另一種是建立在嚴(yán)格的定量分析基礎(chǔ)上的定性分析。從科學(xué)認(rèn)識(shí)的過(guò)程看，任何研究或分析一般都是從研究事物的質(zhì)的差別開(kāi)始，然后再去研究它們的量的規(guī)定，在量的分析的基礎(chǔ)上，再作最后的定性分析，得出更加可靠的分析。例如根據(jù)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(gè)結(jié)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(méi)有，必須依靠定量分析。在科學(xué)研究中，通過(guò)定量分析可以使人們對(duì)研究對(duì)象的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步精確化，以便更加科學(xué)地揭示規(guī)律，把握本質(zhì)，理清關(guān)系，預(yù)測(cè)事物的發(fā)展趨勢(shì)。例如3.6g某物質(zhì)在純氧中燃燒生成4.4gCO2和3.6gH2O，判斷該物質(zhì)的元素組成。4.4gCO2對(duì)應(yīng)的碳元素質(zhì)量是1.2g，1.8gH2O對(duì)應(yīng)的氫元素質(zhì)量是0.4g，而3.6g-1.2g-0.4g=2.0g，即為氧元素的質(zhì)量，這個(gè)結(jié)果判斷為一定有碳元素、氫元素和氧元素。

量變引起質(zhì)變，量變質(zhì)變規(guī)律是自然辯證法的基本規(guī)律，在自然界是普遍存在的，在化學(xué)變化中表現(xiàn)得尤其明顯?；瘜W(xué)變化是千變?nèi)f化的，而影響化學(xué)變化的因素又是多種多樣的。在初中化學(xué)的學(xué)習(xí)中，同樣會(huì)遇到量變和質(zhì)變的問(wèn)題，具體表現(xiàn)為如何定性和定量的問(wèn)題。

化學(xué)變化從本質(zhì)上講就是量變引起質(zhì)變的過(guò)程。判斷化學(xué)變化的依據(jù)是產(chǎn)生新物質(zhì)，即不一樣的物質(zhì)，這可以從新物質(zhì)的顏色狀態(tài)等角度來(lái)分析，屬于定性分析問(wèn)題。例如鎂條燃燒放出大量熱量，產(chǎn)生耀眼白光，生成白色固體，其中判斷化學(xué)變化的依據(jù)就是生成白色固體，產(chǎn)生了新物質(zhì)。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)的各物質(zhì)的總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)總和。其微觀解釋是：在化學(xué)反應(yīng)中，原子的種類、數(shù)目和質(zhì)量均不變。這一些又屬于定量分析的問(wèn)題。例如把鐵釘放在硫酸銅溶液（藍(lán)色）里，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束（會(huì)有明顯的反應(yīng)現(xiàn)象）后，剩余物質(zhì)的質(zhì)量將嚴(yán)格地等于鐵釘?shù)馁|(zhì)量和硫酸銅溶液的質(zhì)量之和。實(shí)驗(yàn)證明，物體的質(zhì)量具有不變性。不論如何分割或溶解，質(zhì)量始終不變。在任何化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量也保持不變。燃燒前碳的質(zhì)量與燃燒時(shí)空氣中消耗的氧的質(zhì)量之和準(zhǔn)確地等于燃燒后所生成物質(zhì)的質(zhì)量。

定性分析和定量分析是有區(qū)別的。首先是手段不同，定性分析主要運(yùn)用邏輯推理、歷史比較等方法，定量分析主要運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)測(cè)量、統(tǒng)計(jì)分析和建立模型等方法。例如在研究溶液的酸堿性時(shí)，采用了酸堿指示劑，300多年前，英國(guó)年輕的科學(xué)家羅伯特·波義耳在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中偶然捕捉到一種奇特的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為洗掉花上的酸沫，他把花用水沖了一下，一會(huì)兒發(fā)現(xiàn)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?yōu)榧t色。為了獲得豐富、準(zhǔn)確的第一手資料，他還采集了藥草、牽?；ǎμ\、月季花、樹(shù)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(guò)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(lán)色，這就是最早的，波義耳把它稱作指示劑。其次是結(jié)論表述形式不同。定性分析結(jié)論多以文字描述為主；定量分析主要以數(shù)據(jù)、模式、圖形等來(lái)表達(dá)。例如用酸堿度來(lái)表示溶液的酸性或堿性的強(qiáng)弱程度。溶液的pH值與酸堿性關(guān)系是pH=7，溶液呈中性；pH<7，溶液呈酸性，pH越小，酸性越強(qiáng)；pH>7，溶液呈堿性，pH越大，堿性越強(qiáng)。相關(guān)的考題有：我省蘇北有些灘涂地區(qū)的土壤被稱為“鹽堿地”，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常用引進(jìn)內(nèi)河淡水浸泡再排水的方法改良土壤。若以土壤pH為縱坐標(biāo)，浸泡水次數(shù)（m）為橫坐標(biāo)，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(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)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(kāi)來(lái)?，F(xiàn)代定性分析方法同樣要采用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行計(jì)算，而定量分析則必須建立在定性預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，二者相輔相成，定性是定量的依據(jù)，定量是定性的具體化，二者結(jié)合起來(lái)靈活運(yùn)用，才能取得最佳效果。

定性研究是定量研究的基礎(chǔ)，是它的指南，但只有同時(shí)運(yùn)用定量研究，才能在精確定量的根據(jù)下準(zhǔn)確定性。

定性分析與定量分析應(yīng)該是統(tǒng)一的，相互補(bǔ)充的。定性分析是定量分析的基本前提，沒(méi)有定性的定量是一種盲目的、毫無(wú)價(jià)值的定量；定量分析使之定性更加科學(xué)、準(zhǔn)確，它可以促使定性分析得出廣泛而深入的結(jié)論。

盡管各個(gè)學(xué)習(xí)階段和各種實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中所采用的方法存在著差異，但卻有著同一性。也就是說(shuō)，在方法應(yīng)用的問(wèn)題上包含著相一致的原則：即從認(rèn)識(shí)論方面說(shuō)，要做到理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則；從辯證法角度說(shuō)，要做到歷史與邏輯的統(tǒng)一；從方法自身的規(guī)律和結(jié)構(gòu)方面看，要做到個(gè)別與一般方法相結(jié)合，邏輯與非邏輯方法相結(jié)合。