楊香菊 朱成東

摘 要：“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”是新課標(biāo)中明確規(guī)定的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)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(jì)，進(jìn)行誤差判斷，體現(xiàn)容量瓶?jī)x器的價(jià)值。整個(gè)探究的過程，凸顯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與探索未知、崇尚真理的意識(shí)。

關(guān)鍵詞：溶液配制 精度 分光光度計(jì) 科學(xué)態(tài)度

引言

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》針對(duì)高中生應(yīng)該具備的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提出了明確的要求，為實(shí)現(xiàn)學(xué)生關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，教師可以借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，引導(dǎo)學(xué)生基于真實(shí)情境發(fā)現(xiàn)、探究并解決問題，實(shí)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的育人價(jià)值與社會(huì)價(jià)值[1]。

一、“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實(shí)驗(yàn)的實(shí)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(shí)驗(yàn)[2]，究其原因，采用NaCl的合理性明顯：學(xué)生熟悉、價(jià)廉易得，溶解過程中沒有明顯的吸放熱效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間易控，可減少因儀器形變帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差。同時(shí)，教材介紹了“梨形身材”的容量瓶，強(qiáng)調(diào)其精確及用法?？此坪?jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，如何改變注重動(dòng)手但缺少思考的現(xiàn)狀，引發(fā)高級(jí)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(shí)的教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生將100mL燒杯與100mL容量瓶中的H2O進(jìn)行互倒，以此判斷兩種儀器的精確度，并進(jìn)行比較，嘗試證明。

然后，引導(dǎo)學(xué)生思考，如何測(cè)定已配制的1.00mol/LNaCl溶液的實(shí)際濃度？然后根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)與氯化鈉溶液的特征，最終選擇Vernier電導(dǎo)率傳感器進(jìn)行探究。

1. 探究NaCl溶液的濃度與電導(dǎo)率之間的關(guān)系

圍繞生理鹽水的濃度進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(cè)得“濃度—電導(dǎo)率（平均值）”關(guān)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(nèi)，NaCl溶液濃度與電導(dǎo)率之間呈線性關(guān)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(shí)，選用100mL容量瓶要比100mL燒杯配制的溶液濃度更精確。

2. 本實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的可操作性分析

通過單位換算，可以發(fā)現(xiàn)此電導(dǎo)率傳感器可測(cè)量的NaCl溶液濃度上限大約為0.17mol/L，可見1.00mol/LNaCl溶液無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。若降低NaCl溶液至量程范圍內(nèi)，又存在理論計(jì)算值與實(shí)際稱量值之間的誤差，這將導(dǎo)致導(dǎo)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(zhì)替代NaCl進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。

（二）利用膽礬來(lái)進(jìn)行溶液配制的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

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(fèi)，縮短溶解時(shí)間，經(jīng)過多次實(shí)踐，本實(shí)驗(yàn)最終以配制100mL0.10mol/L CuSO4溶液為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(wú)線分光光度計(jì)，利用吸光度與濃度之間的正比關(guān)系進(jìn)行測(cè)定。

首先配制5中不同濃度的CuSO4溶液，分別測(cè)定后得到“濃度—吸光值”關(guān)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(jìn)行吸光值測(cè)定，并在圖像上直接讀出實(shí)際濃度數(shù)值（見圖2最右邊兩個(gè)數(shù)據(jù)）。

3. 探究本實(shí)驗(yàn)對(duì)課堂教學(xué)的啟示

（1）通過實(shí)驗(yàn)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(wú)色的氯化鈉溶液更具視覺優(yōu)勢(shì)。

（2）本實(shí)驗(yàn)以朗伯比爾定律為理論基礎(chǔ)，原理簡(jiǎn)單，操作方便?？芍苯討?yīng)用于實(shí)際課堂教學(xué)中。

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

二、探究實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過程中的收獲

為實(shí)現(xiàn)“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實(shí)驗(yàn)探析客觀全面，本研究結(jié)合四個(gè)常見版本教材進(jìn)行了綜合對(duì)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(zhì)的物質(zhì)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(zhì)并不完全相同，濃度的精確度表達(dá)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(duì)應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，各版教材關(guān)于如何“準(zhǔn)確”配制均作了適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和說(shuō)明。魯科版以思考題形式提問“為了準(zhǔn)確配制此溶液，在實(shí)驗(yàn)操作方面應(yīng)注意哪些問題”[4];蘇教版和人教版直接說(shuō)明“為保證實(shí)驗(yàn)精度，在稱量固體時(shí)，應(yīng)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(jiǎn)單的酸堿中和滴定的計(jì)算，顯然在于引導(dǎo)學(xué)生思考如何確定所配溶液的濃度精度問題。

通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)各版教材在設(shè)計(jì)溶液配制的實(shí)驗(yàn)時(shí)，基礎(chǔ)目的均在于實(shí)驗(yàn)步驟的掌握，其次是誤差來(lái)源和大小的分析。若沒有適當(dāng)銜接，就會(huì)使得誤差分析顯得突兀，因此，本研究通過數(shù)字化儀器，向?qū)W生直觀展示理論濃度與實(shí)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(jié)語(yǔ)

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育對(duì)教師的工作提出了更高的要求，并不斷推動(dòng)教師專業(yè)化成長(zhǎng)，同時(shí)也在引領(lǐng)教師培育更多具有實(shí)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(xué)的社會(huì)功能與價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[4]王磊.普通高中化學(xué)教科書必修第一冊(cè)[M].山東：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2020：25-26.

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安徽省級(jí)課題“促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的《物質(zhì)的量》單元活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施研究”（HX202029）