經得起驗證——化學數據的應然追求

摘要：用化學理論對兩個實驗設計、兩道化學試題中的數據進行分析，發現它們都經不起實踐的檢驗。并分析了數據錯誤產生的原因，提出應多收集數據，多使用數據來分析化學問題，來幫助自己提高對錯誤數據的敏感性，以避免在教學中使用錯誤數據。

關鍵詞：化學數據；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

化學教學中經常會涉及一些數據。有時是為了要求學生從量的方面認識物質及其變化的規律，圍繞數據展開定量計算[1]。有時是為了更便捷、直觀地表述化學命題。有時是創設教學或試題情境的需要。這些數據可以來源于教材或其他文獻，也可以是來源于科研論文、實驗測量或實際生產[2]。總之，教學中的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的檢驗的。可筆者在教學中卻發現部分材料中提供的數據違背了客觀實際，失去了可驗證性。列舉幾例，希望大家能關注化學材料中的數據問題。

1 實驗設計中存在的數據問題

案例1 利用NaHCO3與鹽酸反應來比較反應速率的數據問題

蘇教版《化學反應原理》中曾有如下實驗設計[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。

仔細推敲后發現，這個實驗設計中提供的數據不科學。2.0g NaHCO3完全反應需要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，導致實驗結論失去了說服力。

所幸教材編者已發現這個不足，在后期版本中修正了上述數據。可有教師雖然發現了這處修改，卻并不明白為什么要修改。

案例2 NaCl、NaHCO3溶解性比較中的數據設置問題

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。

這個實驗設計應是出自我們化學人之手，它反映了我們只重原理，不重數據的現實。

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“4份NaCl可全溶，而NaHCO3卻不能”的實驗現象即可得出所需結論。

2 化學試題中存在的數據問題

在教學中發現，化學試題是數據出現科學性問題的“重災區”。可見，篩選習題時要關注試題數據的科學性問題，特別是一些次要數據或輔助性數據。

案例3 不存在pH=1的醋酸或pH=13的氨水

筆者所在地區的高二期末調研考試的試卷中，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的酸反應的質量變化不能使托盤天平偏轉

試題[7]：在托盤天平的兩個托盤上，分別放置質量相同的燒杯A和B。在A、B燒杯中分別倒入等質量的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量且足量的鎂，反應過程中，觀察天平指針將（D）。

A.不發生偏轉

B.先偏向B，后轉向中間

C.先偏向B，后偏向A

D.開始不偏轉，后偏向A

試題結合了反應速率、電離平衡移動以及質量變化。剛加鎂的瞬間，兩燒杯的質量和c（H+）均相等，反應速率也相等，故不偏轉。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：托盤天平的感量是0.1g。那要使A、B兩燒杯出現0.1g質量差，需要多少醋酸、鹽酸？

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

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

3 相關思考

數據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據可以讓教學“錦上添花”，但經不起推敲的數據卻會讓教學“如鯁在喉”。如上述四個案例，從原理上看正確可行，但數據卻成了其中的敗筆。因此，我們必須從培養學生思維嚴密性、從防范“誤人子弟”的高度來思考數據的問題。endprint

造成數據不科學的原因是多方面的。科學真實的數據源于重復的觀察和記錄，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幾個），教師親自動手測量獲取數據的機會不多，致使對數據的可靠性不夠敏感，缺乏對錯誤數據的鑒別能力，不經意間使用了一些不科學的數據。

由于對錯誤數據不夠敏感，又沒有對選用的數據進行多角度核驗，更沒有進行實地測量，導致錯誤數據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。以上4個案例告訴我們，科學的認識和使用數據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據，視數據為日常教學的重要資源，嘗試利用各類數據分析、論證化學問題。如，利用Fe（OH）3溶度積、Fe（SCN）n（3-n）+解離常數進行計算，發現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-反應的平衡常數進行計算，發現I2氧化Fe2+生成的Fe3+足以和KSCN反應使溶液變色[9]。在糾正一些錯誤認知的同時，培養了用數據思考問題的習慣，提高數據敏感性。

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

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.基于教材數據處理與應用的實踐探索[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+轉化實驗中意外現象解釋及相關試題商榷[J].化學教學，2015，（12）：90～92.endprint