经得起验证——化学数据的应然追求

摘要：用化学理论对两个实验设计、两道化学试题中的数据进行分析，发现它们都经不起实践的检验。并分析了数据错误产生的原因，提出应多收集数据，多使用数据来分析化学问题，来帮助自己提高对错误数据的敏感性，以避免在教学中使用错误数据。

关键词：化学数据；科学性；化学教学

文章编号：1005–6629（2016）9–0032–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学教学中经常会涉及一些数据。有时是为了要求学生从量的方面认识物质及其变化的规律，围绕数据展开定量计算[1]。有时是为了更便捷、直观地表述化学命题。有时是创设教学或试题情境的需要。这些数据可以来源于教材或其他文献，也可以是来源于科研论文、实验测量或实际生产[2]。总之，教学中的数据应该是真实可信的，应该是客观、真实和经得起实践与理论的检验的。可笔者在教学中却发现部分材料中提供的数据违背了客观实际，失去了可验证性。列举几例，希望大家能关注化学材料中的数据问题。

1 实验设计中存在的数据问题

案例1 利用NaHCO3与盐酸反应来比较反应速率的数据问题

苏教版《化学反应原理》中曾有如下实验设计[3]：在两个大小相同的气球中各放入2.0g碳酸氢钠粉末。取两只同样大小的锥形瓶，向其中一只锥形瓶中加入50mL 1.0 mol·L-1盐酸，向另一只锥形瓶中加入50mL 0.1 mol·L-1盐酸。然后在锥形瓶瓶口套上上述两个气球，同时将气球中的碳酸氢钠粉末加入到锥形瓶中，观察并比较气球膨胀的快慢。

仔细推敲后发现，这个实验设计中提供的数据不科学。2.0g NaHCO3完全反应需要0.1 mol·L-1盐酸的体积V=（2÷84）÷0.1×1000=238mL。由于0.1 mol·L-1盐酸用量严重不足，导致实验结论失去了说服力。

所幸教材编者已发现这个不足，在后期版本中修正了上述数据。可有教师虽然发现了这处修改，却并不明白为什么要修改。

案例2 NaCl、NaHCO3溶解性比较中的数据设置问题

偶然机会接触到为小学《科学》教材配套的《科学实验活动练习册》，其中有“比较食盐和小苏打在水中的溶解能力”实验[4]：把30克食盐平均分成六份，先取一小份放到20毫升水中，用玻璃棒充分搅拌；等食盐完全溶解后，再加入第二份食盐，继续搅拌；完全溶解后，再加第三份食盐……直到食盐不能再溶解为止。记录20毫升水中共溶解了几份食盐。用与刚才同样的方法，将小苏打一份一份地放入水中溶解。记录20毫升水中共溶解了几份小苏打。

这个实验设计应是出自我们化学人之手，它反映了我们只重原理，不重数据的现实。

按40℃计算，20毫升水能溶解7.3g NaCl或2.5g NaHCO3。“30克”药品远远超出了实验的需要，造成药品浪费，增加了实验成本。

本实验只是要证明NaCl的溶解性比NaHCO3大，从节约药品且为实验操作留有余地考虑，可修改为“称量4克药品分成四份……直到四份全部加入为止”。根据“4份NaCl可全溶，而NaHCO3却不能”的实验现象即可得出所需结论。

2 化学试题中存在的数据问题

在教学中发现，化学试题是数据出现科学性问题的“重灾区”。可见，筛选习题时要关注试题数据的科学性问题，特别是一些次要数据或辅助性数据。

案例3 不存在pH=1的醋酸或pH=13的氨水

笔者所在地区的高二期末调研考试的试卷中，有这样的表述：“pH=2的盐酸和pH=1的醋酸，c（H+）之比为2：1”、“pH=13的氨水”。这样的溶液存在吗？

案例4 镁与pH=3的酸反应的质量变化不能使托盘天平偏转

试题[7]：在托盘天平的两个托盘上，分别放置质量相同的烧杯A和B。在A、B烧杯中分别倒入等质量的pH=3的盐酸和醋酸（溶液的密度均为1g/cm3），然后向两烧杯中分别加入等质量且足量的镁，反应过程中，观察天平指针将（D）。

A.不发生偏转

B.先偏向B，后转向中间

C.先偏向B，后偏向A

D.开始不偏转，后偏向A

试题结合了反应速率、电离平衡移动以及质量变化。刚加镁的瞬间，两烧杯的质量和c（H+）均相等，反应速率也相等，故不偏转。随后因醋酸的电离平衡不断右移，造成醋酸中c（H+）较大，反应速率较快，且n（CH3COOH）大于n（HCl），所以烧杯B中被溶解的镁多，天平不断偏向A。

以上解析纯粹站在理论角度，它忽视了一个重要细节：托盘天平的感量是0.1g。那要使A、B两烧杯出现0.1g质量差，需要多少醋酸、盐酸？

根据醋酸的Ka，可知pH=3的醋酸的浓度为1/18 mol·L-1。设醋酸和盐酸的体积均为V L，盐酸与Mg反应生成的H2为10-3 V g，即A盘减少的质量。所以醋酸与镁反应至少要生成（0.1+10-3 V）g H2时天平才能偏转。则：

解得：V=1.8L。换算成溶液质量为1800g。这已经远远超出了托盘天平的量程（一般是200克）。

3 相关思考

数据是高度浓缩的科学语言，有着丰富的含义和教学功能。基于实践和事实的数据可以让教学“锦上添花”，但经不起推敲的数据却会让教学“如鲠在喉”。如上述四个案例，从原理上看正确可行，但数据却成了其中的败笔。因此，我们必须从培养学生思维严密性、从防范“误人子弟”的高度来思考数据的问题。endprint

造成数据不科学的原因是多方面的。科学真实的数据源于重复的观察和记录，但在高中教学中，定性探究多，定量探究少（苏教版全系教材中，仅有中和热测定、中和滴定及镀锌铁皮锌层厚度的测定等少数几个），教师亲自动手测量获取数据的机会不多，致使对数据的可靠性不够敏感，缺乏对错误数据的鉴别能力，不经意间使用了一些不科学的数据。

由于对错误数据不够敏感，又没有对选用的数据进行多角度核验，更没有进行实地测量，导致错误数据不知不觉地渗入到了化学教学之中。

笔者认为，每一道不科学的试题都折射出教师在认知上的不足或误区。以上4个案例告诉我们，科学的认识和使用数据是教师必须具备的能力之一，也是亟待提高的能力之一。这需要我们广泛地收集数据，视数据为日常教学的重要资源，尝试利用各类数据分析、论证化学问题。如，利用Fe（OH）3溶度积、Fe（SCN）n（3-n）+解离常数进行计算，发现Fe（OH）3悬浊液中加KSCN溶液不会变血红色[8]。利用I2的溶解度、Fe3+氧化I-反应的平衡常数进行计算，发现I2氧化Fe2+生成的Fe3+足以和KSCN反应使溶液变色[9]。在纠正一些错误认知的同时，培养了用数据思考问题的习惯，提高数据敏感性。

多收集数据，多使用数据可以“熟能生巧”，可以提高对错误数据的敏感性，同时可以多角度地建立数据与其他知识间的有机链接，对防范在教学中出现错误数据有很大的帮助。

参考文献：

[1]杨玉琴.中学生化学“定量化”能量的测评研究[J].化学教学，2013，（11）：13～16.

[2]丁浩.基于教材数据处理与应用的实践探索[J].化学教学，2015，（7）：14～16.

[3]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理（选修）（第二版）[M].南京：江苏教育出版社，2007：33～34.

[4]《科学实验活动练习册》编写组.义务教育课程标准·科学实验活动练习册（四年级·上册）[M].杭州：浙江科学技术出版社，2015：14.

[5][6]杨德壬.中学教学全书·化学卷[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学试卷（百度文库：http：//wenku.baidu.com）.

[8]吴朝辉.关于一道Fe3+与SO3 2-实验探究题的证伪与改编[J].化学教学，2015，（7）：75～77.

[9]吴朝辉，翁雪香. Fe2+与Fe3+转化实验中意外现象解释及相关试题商榷[J].化学教学，2015，（12）：90～92.endprint