徐小健

（江蘇省如皋中學 江蘇 如皋 226500）

化學綜合實驗有定性和定量兩大類，定性實驗通常包括：①物質的制備、分離和提純，②物質的檢驗，③性質探究等；而定量實驗通常包括：①物質組成的測定，②物質（一般為有機物）結構的測定，③重要物理量的測定（如摩爾質量、阿伏加德羅常數(shù)等），④性質比較等。顯然定量實驗是在定性實驗基礎上展開的，它是化學實驗的最高境界，因此能力要求將有所提升。要想很好地設計或解決定量實驗問題，首先必須了解定量綜合實驗的設計要素，并有針對性地采取相應的教學策略。

一、實驗目的——化學實驗的方向指南

每個化學實驗都有它的目的，所以在設計或解決定量實驗前必須首先把握實驗目的是什么，它是我們設計的方向指南，后面所有的設計都應當緊緊圍繞實驗目的展開進行。實驗目的一般可描述為：①制備（或分離、提純）×××②檢驗×××③探究×××④測定×××等。 當然，實驗目的是有層次的，我們可以將大目的分解為若干個小目的，小目的最終要服務于大目的。在設計實驗方案時我們還要知道每一步的操作意圖。

二、實驗原理——化學實驗的理論依據(jù)

在設計實驗時，我們要發(fā)散思維，充分利用物質的性質、化學反應速率與化學平衡、電化學等知識，為達到某個實驗目的而尋求最佳實驗原理。在定量綜合實驗原理的設計教學中，教師要引導學生掌握常用的三種思路方法：

1.沉淀法

顧名思義，沉淀法就是通過反應生成沉淀，然后測量沉淀的質量，進而求出最終所需物理量。在沉淀法中必然會涉及到 “生成沉淀→過濾→洗滌→干燥→稱量”等一系列操作。所以在教學中我們要引導學生學會解決下列一系列問題：①如何判斷沉淀是否完全②如何洗滌沉淀③如何判斷沉淀是否洗凈④如何判斷沉淀是否已完全干燥……顯然，在沉淀法中要采集的數(shù)據(jù)就是固體的質量，可用天平進行稱量。

2.氣體法

氣體法就是通過反應生成氣體，然后測量氣體的質量或體積，進而求出最終所需物理量。

（1）測氣體的質量

測定氣體質量的方法一般采用差量法。如果是非氣態(tài)的反應物發(fā)生反應只產生一種氣體時，可以通過測定反應體系反應前后質量的差異，確定氣體的質量（反應體系反應前的質量減去反應后的質量即為氣體質量）。其他情況一般采用合適的吸收劑（如濃硫酸、堿石灰）和實驗裝置（如洗氣瓶、干燥管）來吸收，通過測量吸收裝置吸收前后質量差得到氣體的質量（吸收后吸收裝置的質量減去吸收前吸收裝置的質量即為氣體質量）。此時要特別注意：必須用其他無關氣體將反應生成的氣體全部趕入吸收劑中被吸收，而且通常要防止空氣中的成分（如CO2、水蒸氣等）干擾實驗，所以一般要在尾部再接一個裝有堿石灰的干燥管。

（2）測氣體的體積

測量氣體體積的方法一般采用排水量氣法，要求氣體不溶于水，知道氣體體積后往往還要轉化為氣體的物質的量，故而還要知道當時的溫度和壓強。通常不會去測定所收集到氣體的溫度和壓強，容易測定的是實驗室的溫度（T）和壓強（p），所以在讀數(shù)前都要先將氣體恢復到當時實驗室的溫度和壓強。顯然用這種方法時需采集的數(shù)據(jù)有V（氣體）、T和p。常用于排水量氣的裝置有以下三種（如圖 1～圖 3）：

圖1

圖2

圖3

圖4

在運用這些裝置量氣時，當實驗結束時，要待恢復至室溫后，再移動相關儀器，使兩側（或內外）液面相平，使氣體的壓強等于外界大氣壓。這三種裝置中尤以圖3為最佳，在用圖2實驗時，要特別注意在恢復至室溫的過程中，一定要保證進入量筒的玻璃導管高于液面以防倒吸。如果在反應過程中需向反應容器內滴加溶液，最好采用恒壓滴液裝置（如圖4），既保證溶液能順利滴下，又不會因滴入溶液而影響到氣體的體積。

3.滴定法

滴定法的基礎是酸堿中和滴定，還可以遷移到氧化還原滴定等。運用這種方法時往往會涉及到溶液的配制、指示劑的選擇、滴定操作和終點判斷等問題。

三、實驗用品——化學實驗的基本保障

實驗原理確定后，化學試劑也就確定了，再結合實驗操作選擇所需實驗儀器。在教學時，教師要引導學生掌握實驗中的操作及其相應裝置，比如：（1）分離提純類：溶解、過濾、蒸發(fā)、蒸餾、萃取、分液、灼燒（酒精燈、三腳架、泥三角、坩堝、坩堝鉗、玻璃棒）等；（2）溶液配制類：配制一定質量分數(shù)的溶液、配制一定物質的量濃度的溶液；（3）滴定類：酸堿中和滴定、氧化還原滴定等。為減小定量實驗中的測量誤差，盡可能選擇精度比較高的計量儀器，如量體積選用滴定管，稱質量選擇電子天平或分析天平等。

四、實驗步驟——化學實驗的進行程序

實驗步驟是化學實驗得以順利進行的保障，所以在設計實驗步驟時要特別嚴密，要有身臨其境之感，假想當時自己在做這個實驗，想象它的過程。設計時要注意控制實驗條件，如濃度、溫度、壓強、催化劑、光、溶劑、固體顆粒大小、試劑、純度、狀態(tài)、用量、酸堿度（pH）、反應時間、環(huán)境氣氛、變量控制、儀器等。為保證定量實驗的準確性，要重視測量實驗中的“恒量”操作和重復測量，即在重復測量時，要確保兩次量之間的差異符合實驗要求。在教學時，教師可以精選幾個定量實驗，給出實驗原理和實驗用品，請學生設計實驗步驟，然后讓學生分組討論、完善方案，教師再結合學生暴露出的問題進行點評提升，經過幾次這樣的練習，學生的實驗設計能力就會明顯提高。

五、處理分析——定量實驗的最終歸宿

實驗過程中需及時記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，最后要進行數(shù)據(jù)處理和問題討論分析。在處理數(shù)據(jù)時，首先要對幾次的平行實驗數(shù)據(jù)進行篩選，舍去有明顯偏差的，再將合理的數(shù)據(jù)求算平均值，計算出最終結果。在進行問題討論分析時，首先要對實驗過程中的意外情況進行分析，此外還要進行誤差分析，分析測量值出現(xiàn)誤差的可能原因或由于不規(guī)范操作將導致的實驗誤差。在教學時，教師要讓學生掌握誤差分析的一般思路：先根據(jù)實驗原理得出目標物理量的計算式，然后分析不規(guī)范的操作使得哪個物理量發(fā)生了變化，再分析這個變化導致目標物理量如何變化。

把握了定量綜合實驗的設計要素，并采取針對性訓練，一定可以更順利地解決定量實驗中的疑難問題。目前較為流行的是定性與定量相結合的實驗，制備實驗自然成為命題趨勢。它首先涉及到物質的制備、分離與提純，這可以用工藝流程圖表示，然后再進行組成的定量測定，這樣既要求學生要有解工藝流程的經驗方法，又要具備解決實驗題的知識、方法與能力，顯然是考查學生的一類好題。學生在解題過程中既擴大了知識視野、了解了化工生產，又提高了解決問題的能力。