田長(zhǎng)明

摘要：初中化學(xué)試題命制中常常會(huì)涉及一些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須客觀和真實(shí)，但有些試題的數(shù)據(jù)或殘缺不全、或主觀臆造、或不足為據(jù)、或來源不實(shí)。這就需要教師在教學(xué)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，明辨真?zhèn)?，去偽存真?/p>

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)；傳感器：氧氣含量；硫酸銅：稀硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)；氫氧化鈣

文章編號(hào)：1008-0546（ 2022 ）11x-0070-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.018

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，而定量實(shí)驗(yàn)又是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，這就要求教師在課堂教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生分析和處理數(shù)據(jù)的能力。

化學(xué)試題中經(jīng)常會(huì)涉及一些數(shù)據(jù)。按理這些數(shù)據(jù)應(yīng)該是真實(shí)可信的，應(yīng)該是客觀、真實(shí)和經(jīng)得起實(shí)踐與理論檢驗(yàn)的。但筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，一些試題的數(shù)據(jù)存在著問題，主要有下列四種情形：

一、數(shù)據(jù)殘缺不全，圖表繪制粗枝大葉

案例1是某市初三化學(xué)測(cè)試的一道選擇題。

案例1：用紅磷燃燒測(cè)定空氣中氧氣含量的裝置、測(cè)定過程中三頸瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)、溫度隨時(shí)間變化的曲線如圖1所示（電火花點(diǎn)燃裝置工作時(shí)對(duì)環(huán)境溫度基本無影響]。下列說法正確的是

（ ）

A．t1啟動(dòng)電火花點(diǎn)燃裝置，紅磷開始燃燒

B．t2時(shí)紅磷與氧氣反應(yīng)放出的熱量等于裝置向外散發(fā)的熱量

C．t2-t3壓強(qiáng)減小主要是因?yàn)槠績(jī)?nèi)O：不斷被消耗

D．t4時(shí)打開彈簧夾燒杯內(nèi)的水進(jìn)入三頸瓶?jī)?nèi)

對(duì)于這道題，筆者有下列2點(diǎn)疑惑：

疑惑1：圖1上只有溫度、壓強(qiáng)和時(shí)間的單位及0點(diǎn)，但具體的測(cè)量數(shù)據(jù)1個(gè)都沒有，就讓人懷疑這樣的圖表是不是真實(shí)的？

疑惑2：反應(yīng)后剩余的氣體主要是氮?dú)?，氮?dú)饧s占空氣體積的4/5，雖然圖表上沒有數(shù)據(jù)，但可以看出反應(yīng)后三頸瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)趨近0，這科學(xué)嗎？

下面是粵教版九年級(jí)化學(xué)教材中利用傳感器測(cè)定溶液的溫度變化，圖表上的數(shù)據(jù)就非常完整和規(guī)范。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)也在引進(jìn)現(xiàn)代化的測(cè)試方法，例如用數(shù)字化手持技術(shù)可以測(cè)定物質(zhì)溶解于水時(shí)溶液的溫度變化。

用量筒向3個(gè)同規(guī)格的錐形瓶中各加入100 mL水再分別加進(jìn)10 gNH4NO3、NaCl和NaOH固體，開動(dòng)磁力攪拌器、數(shù)據(jù)采集器動(dòng)態(tài)采集溶液溫度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)（見圖2）。[1]

二、數(shù)據(jù)主觀臆造，試題前后自相矛盾

案例2是某出版社九年級(jí)化學(xué)課時(shí)提優(yōu)計(jì)劃作業(yè)本中的一道題：

案例2：現(xiàn)有氧化鐵、氧化銅組成的混合物80 g，其中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)24%，加入150 g稀硫酸恰好完全反應(yīng)，則該稀硫酸中氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 （ ）

解析：氧化鐵、氧化銅與稀硫酸的反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是稀硫酸中的氫離子與氧化鐵、氧化銅中的氧離子結(jié)合生成水。

根據(jù)題意，氧化鐵、氧化銅中氧元素的質(zhì)量為：m（O）=80x24%=19.2 g

這道選題對(duì)于九年級(jí)的學(xué)生來說難度偏大，很多學(xué)生忽略了水中氫元素的質(zhì)量，從而誤選了D，而筆者認(rèn)為這道題不是難度問題，而是題目的命制是否是科學(xué)的？

疑惑1：硫酸銅和硫酸鐵溶液都是酸性的，氧化鐵、氧化銅和稀硫酸能否恰好完全反應(yīng)？

疑惑2：通過計(jì)算不難得出該硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為78.4%，78.4%的硫酸溶液是不是稀硫酸？

為了解決疑惑1，筆者做了下列兩則實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)1：在3個(gè)燒杯中分別放入一定量氧化銅粉末（過量），分別在其中加入三份酸度不同的稀硫酸，用玻璃棒不斷攪拌，充分反應(yīng)后，用酸度計(jì)測(cè)定其溶液的pH（見圖3）。

實(shí)驗(yàn)2：在3個(gè)燒杯中分別加入一定量氧化鐵粉末（過量），分別在其中加入酸度不同的稀硫酸，用玻璃棒不斷攪拌，充分反應(yīng)后，用酸度計(jì)測(cè)定其溶液的pH（見圖4）。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果見表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：氧化銅與稀硫酸反應(yīng)，三個(gè)燒杯中都有氧化銅剩余，反應(yīng)后生成硫酸銅溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同（顏色深淺不同），反應(yīng)后溶液都是酸性的，但酸度不同，生成的硫酸銅溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，溶液的酸度越高。而氧化鐵與三種酸度的稀硫酸幾乎不反應(yīng)，這就說明了氧化鐵、氧化銅和稀硫酸不可能恰好完全反應(yīng)。

疑惑2是濃硫酸和稀硫酸如何界定的問題，一般認(rèn)為濃硫酸是指溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于70%的硫酸溶液。即物質(zhì)的量濃度大于11.43 mol/L硫酸為濃硫酸。而稀硫酸是指溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于70%的硫酸的水溶液。該題中硫酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)經(jīng)計(jì)算為78.4%，應(yīng)該不是稀硫酸，而是濃硫酸。

三、數(shù)據(jù)不足為據(jù)，化學(xué)原理大相徑庭

案例3是九年級(jí)化學(xué)計(jì)算題中的一道高頻題。

案例3：為了測(cè)定一瓶硫酸銅溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取出50 g該溶液，向其中逐滴加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%的氫氧化鈉溶液，反應(yīng)過程生成沉淀的質(zhì)量與所用氫氧化鈉溶液的質(zhì)量關(guān)系如圖5所示。

請(qǐng)分析并進(jìn)行計(jì)算：

N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液中溶質(zhì)為▲。

計(jì)算此硫酸銅溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ▲。 解析：在硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液會(huì)生成氫氧化銅沉淀，當(dāng)加入25 g氫氧化鈉溶液時(shí)，沉淀質(zhì)量達(dá)到最大，硫酸銅和氫氧化鈉恰好完全反應(yīng)，繼續(xù)加氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉會(huì)過量，因此N點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溶液中溶質(zhì)為硫酸鈉和氫氧化鈉。

這道題數(shù)據(jù)好像沒什么問題，但筆者有點(diǎn)疑惑。在硫酸銅溶液中加入氫氧化鈉溶液，生成的沉淀是不是氫氧化銅？

為了解決這兩個(gè)疑惑，筆者做了下列二則實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)3：在試管中加入2 mLNaOH溶液，然后在NaOH溶液中滴加硫酸銅溶液，觀察到有藍(lán)色絮狀沉淀生成，然后將反應(yīng)后的懸濁液在酒精燈上加熱，觀察到有黑色沉淀生成（見圖6）。

實(shí)驗(yàn)4：在試管中加入2 mLCuSO4溶液，然后在CuSO4溶液中滴加NaOH溶液，觀察到有綠色沉淀生成，然后將反應(yīng)后的懸濁液在酒精燈上加熱，觀察到無明顯變化（見圖7）。

實(shí)驗(yàn)3說明在氫氧化鈉溶液中滴加硫酸銅溶液生成的是氫氧化銅沉淀，而實(shí)驗(yàn)4說明了在硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液，生成的沉淀不是氫氧化銅，而是堿式硫酸銅。堿式硫酸銅的成分比較復(fù)雜，無法計(jì)算出硫酸銅溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

四、數(shù)據(jù)來源不實(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)荒誕

案例4是某市2021年的中考化學(xué)試題。

案例4：將含有CH4和H2的混合氣體6 g完全燃燒，把產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中，得到20 g沉淀。則原混合氣體中CH4和H：的質(zhì)量比為

（ ）

A. 2：3

B.3：10

C.8：1

D.8：7

解析：二氧化碳通入澄清石灰水中，產(chǎn)生20 g碳酸鈣沉淀，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，可知CH。中碳元素的質(zhì)量為2.4 g，則CH4的質(zhì)量為3.2 g，H2的質(zhì)量為2.8 g，m（CH4）：m（H2）=3.2 g：2.8 g=8：7，正確選項(xiàng)為D

筆者認(rèn)為該題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)首先是不切實(shí)際的，其一氫氧化鈣微溶于水，石灰水吸收二氧化碳的量非常少，實(shí)驗(yàn)室一般用氫氧化鈉濃溶液來吸收CO2。其二CO2通過石灰水不可能全部被吸收，大多數(shù)來不及反應(yīng)就逸散到空氣中，即使用20%的氫氧化鈉溶液吸收CO2，吸收率也只有25%左右。實(shí)驗(yàn)室通常通過測(cè)量CO2的體積來求CO2的質(zhì)量，通常采用圖8的裝置，用這樣測(cè)量的誤差要小很多。

另外筆者認(rèn)為試題中的數(shù)據(jù)真實(shí)性值得推敲，假設(shè)CO2全部被石灰水吸收，產(chǎn)生20 g碳酸鈣沉淀，需要石灰水的體積太大。我們不妨計(jì)算一下：

查閱資料可知：已知20 ℃時(shí)氫氧化鈣溶解度為0.165 g。

因飽和石灰水是稀溶液，可設(shè)其密度為1.00 g.mL-1，8984.5 g澄清石灰水體積約為9L。在實(shí)驗(yàn)室要尋找大于9L的反應(yīng)器是很難的，目前實(shí)驗(yàn)室配備最大的塑料燒杯也就5000 mL。

產(chǎn)生20 g碳酸鈣，說明燃燒產(chǎn)生的CO2是0.2 mol，0.2 mol CO2氣體在標(biāo)況下的體積是4.48 L，如果用圖8裝置來測(cè)二氧化碳的體積，至少需要規(guī)格為SL的量筒，而實(shí)驗(yàn)室最大的量筒規(guī)格是1000 mL。

綜上2點(diǎn)說明該題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是荒誕的。

“世界的本質(zhì)就是數(shù)據(jù)”，[2]這是英國(guó)人維克托在《大數(shù)據(jù)時(shí)代》中提出的觀點(diǎn)，數(shù)據(jù)是化學(xué)研究的基石，對(duì)待數(shù)據(jù)，教師的態(tài)度應(yīng)該是認(rèn)真的。

參考文獻(xiàn)

[1] 江琳才，義務(wù)教育教科書（化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)）[M].廣州：廣東教育出版社.2014：196.

[2] [英]維克托·邁爾·舍恩伯格，[英]肯尼思·庫(kù)克耶．大數(shù)據(jù)時(shí)代（M）.杭州：浙江人民出版社，2012.