初中化学中的分析方法和手段

时菊莲

摘 要： 化学（chemistry）是研究物质的组成、结构、性质、变化规律等的科学。分析方法和手段是化学研究的基本途径。定性分析和定量分析是最常用的方法和手段。初中化学教师应该利用教材和开发教材，帮助学生构建定性和定量的概念模型，有利于培养学生严谨治学的科学精神和实事求是的科学态度。

关键词： 分析方法和手段 定性分析 定量分析 辩证统一

化学是一门建立在实验基础上的科学，实验与理论一直是化学研究中相互依赖、彼此促进的两个方面。进入20世纪以后，由于受到自然科学及其他学科发展的影响，广泛应用当代科学的理论、技术和方法，化学在研究物质的组成、结构、合成和测试等方面有长足的进展，在理论方面取得许多重要成果。在无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大分支学科的基础上产生新的化学分支学科。分析方法和手段是化学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，化学实验的考查方式倾向于“定性加定量”，这在近几年的中考中经常会遇到。例如：二氧化碳通入澄清石灰水，由于二氧化碳的通入量不同，导致反应现象及产物均不同；又如催化剂的量不同，导致反应速度的不同；反应温度的不同，会影响化学反应速度；溶液浓度的不同，会影响化学反应速度。2011年苏州中考化学第35题以鸡蛋清为研究对象，分别考查硝酸溶液的浓度对蛋白质化学反应和生理功能的影响及温度对化学反应的影响；硫酸铵溶液的浓度对蛋白质盐析的影响；这个题目充分反映量对化学反应现象和结果的影响，值得广大教师和学生在教学和学习过程中思考和借鉴。

1869年俄国科学家门捷列夫（Dmitri Mendeleev）首创周期表，他将当时已知的63种元素按原子量大小以表的形式排列，把有相似化学性质的元素放在同一列，就是元素周期表的雏形。利用周期表，门捷列夫成功地预测当时尚未发现的元素的特性（镓、钪、锗）。1913年英国科学家莫色勒利用阴极射线撞击金属产生X射线，发现原子序数越大，X射线的频率就越高，因此他认为核的正电荷数决定了元素的化学性质，并把元素依照核内正电荷数（即质子数或原子序数）排列，经过多年修订后才成为当代的周期表。在周期表中，元素以原子序数排列，原子序数最小的排行最前。表中一横行称为一个周期，一列称为一个族。这张表揭示了物质世界的秘密，把一些看来似乎互不相关的元素统一起来，组成了一个完整的自然体系。这就为化学中的定性分析和定量分析问题奠定了基础。

定性分析就是对研究对象进行“质”方面的分析。具体说是运用归纳和演绎、分析与综合，以及抽象与概括等方法，对获得的各种材料进行思维加工，从而去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里，认识事物本质，揭示内在规律。定性分析是一种最根本、最重要的分析研究过程。

在对溶液溶解性和溶解度的学习中，不同溶质在同一溶剂中的溶解能力不同，如何区别易溶、可溶、微溶、难溶物质，是溶液溶解能力的定性表示，在讨论溶质溶解性大小时，我们适时学习溶解度——溶解能力的定量表示，有了溶解度，我们就可以把物质的溶解性分得很细致。

表1 常温下溶解度和溶解性的关系

同一种物质在水中的溶解度随温度的变化而变化，这种变化关系可以用物质的溶解度曲线表示，物质的溶解性因素属于定性分析，其定量表示溶解度及溶解度曲线。所以，定性研究是定量研究的基础，是它的指南，但只有同时运用定量研究，才能在精确定量的根据下准确定性。再如在分析工业冶铁用一氧化碳还原氧化铁的基础上，引导学生根据质量守恒定律，书写氧化铁与一氧化碳反应的化学方程量变引起质变，量变质变规律是自然辩证法的基本规律，在自然界普遍存在，在化学变化中表现尤为明显。化学变化是千变万化的，而影响化学变化的因素又是多种多样的。在初中化学学习中同样会遇到量变和质变的问题，具体表现为如何定性和定量。

化学变化从本质上讲是量变引起质变的过程。判断化学变化的依据是产生新物质，即不一样的物质，这可以从新物质的颜色状态等角度加以分析，属于定性分析问题。例如：面粉燃烧放出大量热量，生成黑色固体，其中判断化学变化的依据是生成黑色固体，产生了新物质。根据质量守恒定律，在化学反应中，参加反应的各物质的总和等于反应后生成的各物质的总和。其微观解释是：在化学反应中，原子的种类、数目和质量均不变。这一些又属于定量分析问题。例如：把铁钉放在硫酸铜溶液（蓝色）里，当反应结束（会有明显的反应现象）后，剩余物质的质量将严格等于铁钉的质量和硫酸铜溶液的质量之和。实验证明，物体的质量具有不变性。不论如何分割或溶解，质量始终不变。在任何化学反应中质量保持不变。例如，燃烧前碳的质量与燃烧时空气中消耗的氧的质量之和准确地等于燃烧后生成物质的质量。

定性分析和定量分析是有区别的。首先是手段不同，定性分析主要运用逻辑推理、历史比较等方法，定量分析主要运用经验测量、统计分析和建立模型等方法。例如：在研究溶液的酸碱性时，采用酸碱指示剂，300多年前，英国年轻的科学家罗伯特·波义耳在化学实验中偶然捕捉到一种奇特的实验现象，为洗掉花上的酸沫，他把花用水冲了一下，一会儿发现紫罗兰颜色变红了。他推断，不仅盐酸，而且其他各种酸都能使紫罗兰变为红色。为了获得丰富、准确的第一手资料，他采集了药草、牵牛花、苔藓、月季花、树皮和各种植物的根……泡出了多种颜色的不同浸液，有些浸液遇酸变色，有些浸液遇碱变色，不过有趣的是，他从石蕊苔藓中提取的紫色浸液，酸液能使它变红色，碱液能使它变蓝色，这就是最早的紫色石蕊试液，波义耳把它称做酸碱指示剂。其次是结论表述形式不同。定性分析结论多以文字描述为主；定量分析主要以数据、模式、图形等表达。例如：用酸碱度表示溶液的酸性或碱性的强弱程度。溶液的pH值与酸碱性关系是pH=7，溶液呈中性；pH<7，溶液呈酸性，pH越小，酸性越强；pH>7，溶液呈碱性，pH越大，碱性越强。相关的考题有：我省苏北有些滩涂地区的土壤被称为“盐碱地”，当地农民常用引进内河淡水浸泡再排水的方法改良碱性土壤。若以土壤pH为纵坐标，浸泡水次数（m）为横坐标，下列能正确表示土壤pH变化的图像的是（？摇？摇？摇？摇？摇？摇？摇？摇）。

定性分析和定量分析对数学知识的要求虽然有高有低，但不能就此把定性分析与定量分析截然划分开。现代定性分析方法同样要采用数学工具进行计算，而定量分析则必须建立在定性预测基础上，二者相辅相成，定性是定量的依据，定量是定性的具体化，二者结合起来灵活运用，才能取得最佳效果。

定性分析与定量分析应该是统一的、相互补充的。定性分析是定量分析的基本前提，没有定性的定量是一种盲目的、毫无价值的定量；定量分析使定性更科学、准确，可以促使定性分析得出广泛而深入的结论。

虽然各个学习阶段和各种实验探究活动中采用的方法存在差异，却有着同一性。也就是说，在方法应用问题上包含一致原则：即从认识论方面说，要做到理论与实践相结合的原则；从辩证法角度说，要做到历史与逻辑的统一；从方法自身规律和结构看，要做到个别与一般方法相结合，逻辑与非逻辑方法相结合。

在化学教育过程中，我们要体现出定量和定性研究的关系，从定性实验发展到定量实验，是认识不断深化的表现，是现代科学技术发展的重要特点之一，我们要使学生了解，科学使用定量分析和定性分析这一方法和手段，能更精确地进行科学探究。