吉林 孫元成

在高中化學(xué)有關(guān)液體體積的定量實(shí)驗(yàn)中，往往會涉及液體體積與讀數(shù)時(shí)俯視、仰視關(guān)系的誤差討論分析。此類習(xí)題看似知識點(diǎn)單一、相似性強(qiáng)，但往往易使人混淆、產(chǎn)生錯(cuò)誤。涉及此類問題的實(shí)驗(yàn)主要有：一定物質(zhì)的量濃度溶液的配置、酸堿中和滴定、一定體積溶液的量取、讀取一定量液體的體積等。為了快速解決量筒讀數(shù)的誤差問題，許多教師將問題過度歸納為“俯高仰低”，學(xué)生也多采取死記硬背，不明原理。有關(guān)俯視、仰視的習(xí)題，采取機(jī)械性記憶、生搬硬套的方法是不可取的，各位教師在教學(xué)時(shí)要做到靈活處理，需要從根本上進(jìn)行科學(xué)探究。俯視、仰視誤差分析問題，對于不同的實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌?shí)驗(yàn)原理不同，儀器特點(diǎn)不同，如果不假思索、生搬硬套的解題，往往會出現(xiàn)不同結(jié)果，有時(shí)會得出錯(cuò)誤結(jié)論。如：同樣是仰視操作，在一定物質(zhì)的量濃度溶液配制實(shí)驗(yàn)中，仰視造成溶液體積偏大，所配溶液濃度偏低；在酸堿中和滴定操作中，量取標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)，滴定前仰視讀數(shù)，滴定后平視，所測得標(biāo)準(zhǔn)液體積偏小，導(dǎo)致待測液濃度偏?。辉谒釅A中和滴定操作中，量取標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)，滴定前平視，滴定后仰視讀數(shù)，所測得標(biāo)準(zhǔn)液體積偏大，導(dǎo)致待測液濃度偏大。

俯視、仰視的誤差分析問題，如何做到思路清晰、結(jié)果準(zhǔn)確呢？正如《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中要求“促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。而教師在平時(shí)的教學(xué)和習(xí)題處理中，要將證據(jù)推理與模型認(rèn)知等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)貫徹到教學(xué)中，讓學(xué)生用學(xué)科素養(yǎng)的思維進(jìn)行解題，讓學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)探究的精神和證據(jù)推理與模型認(rèn)知的習(xí)慣。解題中，指導(dǎo)學(xué)生通過分析、作圖、推理等方法研究實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)和特征，運(yùn)用模型輔助揭示問題的本質(zhì)。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中俯視、仰視產(chǎn)生的誤差分析問題，就是將證據(jù)推理與模型認(rèn)知等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)應(yīng)用到解題中。依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鞔_實(shí)驗(yàn)原理，利用圖像輔助，采用“兩點(diǎn)定一點(diǎn)”模型認(rèn)知法進(jìn)行解決。所謂“兩點(diǎn)定一點(diǎn)”模型認(rèn)知法，主要涉及眼睛、儀器刻度、溶液液面這三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，結(jié)合圖像，需要清楚眼睛、刻度、液面這三點(diǎn)之間的關(guān)系，明確到底由哪兩點(diǎn)確定另一點(diǎn)?！皟牲c(diǎn)定一點(diǎn)”，歸納起來，共分兩種情況，一種情況是由眼睛、刻度去確定液面；另一種情況是由眼睛、液面去確定讀數(shù)。做到了思路清晰，結(jié)果便一目了然，情況如下：

一、眼睛、刻度確定液面

此種類型的實(shí)驗(yàn)是由眼睛和刻度去確定液面，如用容量瓶配制一定物質(zhì)的量濃度溶液，用量筒量取一定體積的液體。液面與刻度的關(guān)系如圖1和圖2所示。

圖1 仰視讀數(shù)

圖2 俯視讀數(shù)

此類實(shí)驗(yàn)中，仰視與俯視帶來的結(jié)果如下：

1.仰視刻度線

如圖1所示操作時(shí)，眼睛看著固定的刻度去加液體，最終是眼睛、刻度、凹液面形成一條直線，從下向上看，結(jié)果是凹液面最低處高于刻度線，故溶液實(shí)際體積偏大。在做一定物質(zhì)的量濃度溶液配制實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，仰視操作會導(dǎo)致所配液體體積偏大，配制的溶液濃度偏低；在用量筒量取一定體積液體時(shí)，仰視操作會導(dǎo)致量取的液體偏多。

2.俯視刻度線

如圖2所示操作時(shí)，眼睛看著固定的刻度去加液體，最終還是眼睛、刻度、凹液面形成一條直線。俯視刻度線，從上往下看，結(jié)果是凹液面最低處低于刻度線，故溶液實(shí)際體積偏小。進(jìn)行一定物質(zhì)的量濃度溶液配制實(shí)驗(yàn)的分析時(shí)，俯視操作會導(dǎo)致所配液體體積偏小，配制的溶液濃度偏大；在用量筒量取一定體積液體時(shí)，俯視操作會導(dǎo)致量取的實(shí)際液體偏少。

二、眼睛、液面確定刻度

此種類型的實(shí)驗(yàn)是由眼睛和液面去確定刻度，如在酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)中讀取最終消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積的讀數(shù)，讀取量筒中一定量液體的體積。液面與讀數(shù)的關(guān)系如圖3和圖4所示。

圖3 仰視讀數(shù)

圖4 俯視讀數(shù)

1.仰視讀數(shù)

如圖3所示操作時(shí)，是眼睛看著凹液面的最低點(diǎn)從而確定讀數(shù)，最終是眼睛、刻度、凹液面形成一條直線。仰視讀數(shù)，是從下向上看，結(jié)果是讀數(shù)低于凹液面最低處，故讀數(shù)偏下。讀取量筒中液體體積時(shí)，仰視讀數(shù)，體積的讀數(shù)小于實(shí)際液體的體積，讀數(shù)偏?。凰釅A中和滴定操作，確定消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積的讀數(shù)誤差分析如下：

①如圖5所示，滴定前仰視、滴定后平視，體積讀數(shù)偏小。即滴定到終點(diǎn)時(shí)，讀取的所耗標(biāo)準(zhǔn)液體積偏小，所測得的待測液濃度偏低。

圖5

②如圖6所示，滴定前平視、滴定后仰視，體積讀數(shù)偏大。即滴定到終點(diǎn)時(shí)，讀取的所耗標(biāo)準(zhǔn)液體積偏大，所測得的待測液濃度偏高。

圖6

2.俯視讀數(shù)

如圖4所示，此時(shí)的操作也是眼睛看著凹液面的最低點(diǎn)從而確定讀數(shù)，最終是眼睛、刻度、凹液面形成一條直線。俯視讀數(shù)，從上向下看，結(jié)果是讀數(shù)高于凹液面最低處，故讀數(shù)偏上。讀取量筒中液體體積，俯視讀數(shù)，讀數(shù)偏大；酸堿中和滴定操作，讀取消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積的讀數(shù)誤差為：

①如圖7所示，滴定前俯視、滴定后平視，讀數(shù)偏大。即滴定到終點(diǎn)時(shí)，讀取的所耗標(biāo)準(zhǔn)液體積偏大，所測得的待測液濃度偏高。

圖7

②如圖8所示，滴定前平視、滴定后俯視，讀數(shù)偏小。即滴定到終點(diǎn)時(shí)，讀取的所耗標(biāo)準(zhǔn)液體積偏小，所測得的待測液濃度偏低。

圖8

3.綜合酸堿中和滴定操作中的俯視與仰視特點(diǎn)，還存在一些情況，并得出結(jié)論

①如圖9所示，滴定前仰視，滴定后俯視，讀數(shù)偏小。即滴定到終點(diǎn)時(shí)，讀取的所耗標(biāo)準(zhǔn)液體積偏小，所測得的待測液濃度偏低。

圖9

②如圖10所示，滴定前俯視，滴定后仰視；讀數(shù)偏大。即滴定到終點(diǎn)時(shí)，讀取的所耗標(biāo)準(zhǔn)液體積偏大，所測得的待測液濃度偏高。

圖10

三、俯視、仰視在實(shí)驗(yàn)中的綜合應(yīng)用

【例題】取20.00 mL一定濃度的待測液HCl于錐形瓶中，滴加2～3滴酚酞指示劑，用配好的0.100 mol·L-1KOH標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行滴定，滴定至終點(diǎn)，以下均存在俯視的錯(cuò)誤操作，會造成結(jié)果的誤差偏大還是偏??？

1.若配制KOH標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)俯視定容，測出HCl溶液濃度是偏大或偏??？

【分析】在配置KOH標(biāo)準(zhǔn)液時(shí)俯視定容，此種情況屬于由眼睛和刻度確定液面的模型認(rèn)知法，俯視操作會導(dǎo)致所配液體體積偏小，使配制的KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度偏大。用此KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行酸堿中和滴定時(shí)，滴定到終點(diǎn)，消耗KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積偏少，導(dǎo)致最終測出的HCl溶液濃度偏低。

2.用KOH標(biāo)準(zhǔn)液滴定HCl溶液時(shí)，開始平視、滴定后俯視的操作，測出HCl溶液濃度是偏大還是偏??？

【分析】此種情況屬于由眼睛和液面確定度數(shù)的模型認(rèn)知法，開始平視、滴定后俯視的操作，會使讀取的所耗標(biāo)準(zhǔn)液體積偏小，最終測出待測液HCl溶液濃度偏低。

3.用KOH標(biāo)準(zhǔn)液滴定HCl溶液時(shí)，開始俯視、滴定后平視的操作，測出HCl溶液濃度是偏大還是偏?。?/p>

【分析】此種情況屬于由眼睛和液面確定度數(shù)的模型認(rèn)知法，開始俯視、滴定后平視的操作，會使讀取的所耗標(biāo)準(zhǔn)液體積偏大，最終測出待測液HCl溶液濃度偏高。

4.用KOH標(biāo)準(zhǔn)液滴定HCl溶液，從滴定管中放取20.00 mL待測液HCl于錐形瓶的操作中，開始平視、后期俯視。滴定結(jié)束后，測出HCl溶液濃度是偏大還是偏小？

【分析】此種情況屬于由眼睛和液面確定度數(shù)的模型認(rèn)知法，放出20.00 mL HCl于錐形瓶中，開始平視、后期俯視時(shí)，會使放出的HCl實(shí)際體積小于20.00 mL。酸堿中和滴定到終點(diǎn)時(shí)，消耗KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積將偏少，最終測出HCl溶液濃度偏低。

5.用KOH標(biāo)準(zhǔn)液滴定HCl溶液，從滴定管中放取20.00 mL待測液HCl于錐形瓶的操作中，開始俯視、后期平視。滴定結(jié)束后，測出HCl溶液濃度是偏大還是偏?。?/p>

【分析】此種情況屬于由眼睛和液面確定度數(shù)的模型認(rèn)知法，放出20.00 mL HCl于錐形瓶中，開始俯視、后期平視時(shí)，會使放出的HCl實(shí)際體積大于20.00 mL。酸堿中和滴定到終點(diǎn)時(shí)，消耗KOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積將偏多，最終測出HCl溶液濃度偏高。