凸顯科學態(tài)度的“配制一定物質的量濃度溶液”實驗改進

楊香菊 朱成東

摘 要：“配制一定物質的量濃度的溶液”是新課標中明確規(guī)定的學生必做實驗之一。本研究將教材中配制“100mL1.00mol/LNaCl溶液”改為“100mL 0.10mol/LCuSO4溶液”，利用分光光度計，進行誤差判斷，體現(xiàn)容量瓶儀器的價值。整個探究的過程，凸顯嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與探索未知、崇尚真理的意識。

關鍵詞：溶液配制 精度 分光光度計 科學態(tài)度

引言

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》針對高中生應該具備的化學學科核心素養(yǎng)提出了明確的要求，為實現(xiàn)學生關鍵能力的培養(yǎng)，教師可以借助數(shù)字化實驗儀器，引導學生基于真實情境發(fā)現(xiàn)、探究并解決問題，實現(xiàn)化學學科的育人價值與社會價值[1]。

一、“配制一定物質的量濃度的溶液”實驗的實踐探析

修訂后的2019版新教材沿用了2007版舊教材中配制“100mL1.00mol/LNaCl溶液”的實驗[2]，究其原因，采用NaCl的合理性明顯：學生熟悉、價廉易得，溶解過程中沒有明顯的吸放熱效應，實驗時間易控，可減少因儀器形變帶來的實驗誤差。同時，教材介紹了“梨形身材”的容量瓶，強調其精確及用法。看似簡單的實驗，如何改變注重動手但缺少思考的現(xiàn)狀，引發(fā)高級思維是值得教師思考的重要環(huán)節(jié)。

（一）問題的提出：容量瓶的使用是否提高了溶液濃度的精度？

在真實的教學過程中，引導學生將100mL燒杯與100mL容量瓶中的H2O進行互倒，以此判斷兩種儀器的精確度，并進行比較，嘗試證明。

然后，引導學生思考，如何測定已配制的1.00mol/LNaCl溶液的實際濃度？然后根據(jù)學生的基礎與氯化鈉溶液的特征，最終選擇Vernier電導率傳感器進行探究。

1. 探究NaCl溶液的濃度與電導率之間的關系

圍繞生理鹽水的濃度進行設計，分別用100mL燒杯與100mL容量瓶作為容器，平行配制了三組4種濃度的NaCl溶液，測得“濃度—電導率（平均值）”關系如表1和圖1。圖1中，①線使用燒杯作為容器;②線使用容量瓶作為容器。

通過圖表可以看出：

（1）在一定范圍內，NaCl溶液濃度與電導率之間呈線性關系。

（2）圖1清晰地表明，②線相比①線數(shù)據(jù)的離散度更小。即同樣使用普通電子天平稱量時，選用100mL容量瓶要比100mL燒杯配制的溶液濃度更精確。

2. 本實驗在課堂教學中的可操作性分析

通過單位換算，可以發(fā)現(xiàn)此電導率傳感器可測量的NaCl溶液濃度上限大約為0.17mol/L，可見1.00mol/LNaCl溶液無法進行測量。若降低NaCl溶液至量程范圍內，又存在理論計算值與實際稱量值之間的誤差，這將導致導致精確儀器容量瓶的引入失去意義。經(jīng)過嘗試以后，決定采用其他物質替代NaCl進行實驗改進。

（二）利用膽礬來進行溶液配制的實驗改進

1. 配制CuSO4溶液濃度的范圍分析

膽礬（CuSO4?5H2O）Mr值為250，為減少藥品浪費，縮短溶解時間，經(jīng)過多次實踐，本實驗最終以配制100mL0.10mol/L CuSO4溶液為例進行實驗探究。

2. 0.10mol/L CuSO4溶液濃度的表征方法

基于CuSO4溶液的顏色特征，本研究選用Vernier GD無線分光光度計，利用吸光度與濃度之間的正比關系進行測定。

首先配制5中不同濃度的CuSO4溶液，分別測定后得到“濃度—吸光值”關系如表2和圖2。分別使用100mL燒杯與100mL容量瓶配置0.1mol/L CuSO4溶液，進行吸光值測定，并在圖像上直接讀出實際濃度數(shù)值（見圖2最右邊兩個數(shù)據(jù)）。

3. 探究本實驗對課堂教學的啟示

（1）通過實驗發(fā)現(xiàn)低濃度的CuSO4溶液在配制過程中沒有明顯的水解現(xiàn)象，始終澄清透明、顏色鮮亮，比無色的氯化鈉溶液更具視覺優(yōu)勢。

（2）本實驗以朗伯比爾定律為理論基礎，原理簡單，操作方便。可直接應用于實際課堂教學中。

（3）通過擬合的標準曲線，可測定并直接讀出學生配制的CuSO4溶液濃度數(shù)值，由理論濃度與實際濃度之間的差值為出發(fā)點，便可引入誤差分析的教學，過渡自然，條理清晰。不僅鍛煉了學生的動手操作能力，更引發(fā)了學生的高級思維過程。

二、探究實驗改進過程中的收獲

為實現(xiàn)“配制一定物質的量濃度的溶液”實驗探析客觀全面，本研究結合四個常見版本教材進行了綜合對比。蘇教版配制“100mL0.100mol/LNa2CO3溶液”[3]，魯科版配制“0.1L的NaCl溶液，其中溶質的物質的量為0.04mol”[4]，滬科版配制“250mL0.100mol/L Na2CO3溶液”[5]。四版教材使用的溶質并不完全相同，濃度的精確度表達也不盡相同。蘇教版與滬科版將濃度精確到0.001mol/L，與容量瓶為“一種精密度較高的玻璃儀器”[5]呈現(xiàn)出對應關系。同時，各版教材關于如何“準確”配制均作了適當?shù)囊龑Ш驼f明。魯科版以思考題形式提問“為了準確配制此溶液，在實驗操作方面應注意哪些問題”[4];蘇教版和人教版直接說明“為保證實驗精度，在稱量固體時，應使用分析天平或電子天平稱量”;不同之處在于，蘇教版在配制溶液之后緊接著引入了簡單的酸堿中和滴定的計算，顯然在于引導學生思考如何確定所配溶液的濃度精度問題。

通過對比，發(fā)現(xiàn)各版教材在設計溶液配制的實驗時，基礎目的均在于實驗步驟的掌握，其次是誤差來源和大小的分析。若沒有適當銜接，就會使得誤差分析顯得突兀，因此，本研究通過數(shù)字化儀器，向學生直觀展示理論濃度與實際濃度之間的明顯差別，再過渡為誤差分析就顯得有理有據(jù)。

三、結語

化學學科核心素養(yǎng)的培育對教師的工作提出了更高的要求，并不斷推動教師專業(yè)化成長，同時也在引領教師培育更多具有實踐能力、探究能力及創(chuàng)新能力的人才，并在此過程展現(xiàn)化學的社會功能與價值。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]王晶，鄭長龍.普通高中化學教科書必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019：54-55.

[3]王祖浩.普通高中化學教科書必修第一冊[M].江蘇：江蘇鳳凰教育出版社，2020：39-40.

[4]王磊.普通高中化學教科書必修第一冊[M].山東：山東科學技術出版社，2020：25-26.

[5]姚子鵬.高級中學課本高中一年級第二學期（試用本）[M].上海：上海科學技術出版社，2007：12-13.

安徽省級課題“促進學生深度學習的《物質的量》單元活動設計與實施研究”（HX202029）