有关初中化学定量计算的两点思考

王宝权

摘要：从“定量计算对实验探究的指导作用”和“定量计算须源于客观事实”两个角度展开论述，借助教材案例阐述了定量计算在初中化学教学中的重要作用。

关键词：初中化学；定量计算；实验；客观事实

文章编号：1008-0546（2017）07-0069-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.020

一、定量计算指导实验药品用量

初中化学实验大多是定性实验。但笔者认为化学教师应该对实验药品用量进行计算，一方面可以对实验做到心中有数，提高实验的重现率。另一方面，教师在演示实验中通过选用适量药品也可以向学生传递节约药品的理念。笔者在化学教学中从引导学生测量所用实验仪器容量入手，通过化学方程式计算确定实验药品的理论用量，再确定实验用量，从而使得对实验的改进有的放矢。

案例1：空气成分测定实验中红磷用量的确定。九年级化学沪教版课本（上册2016版）第13页有一个“测定空气中氧气体积分数”的实验。这是一例半定性半定量的演示实验。从课本上的图示比例可见所用燃烧匙是一支普通的燃烧匙，所用集气瓶为实验室常见的250mL规格的。根据250mL的空气可以推算出约含有50mL的氧气（通常状况下，氧气的密度是1.429g/L），根据化学方程式计算如下：

设250mL集气瓶中50mL的氧气完全反应，至多能反应掉的红磷的质量为x。

经计算可知，理论上需要红磷的质量为0.05537g， 实验时可用电子天平称量。而如果教师不进行定量的计算，只是按照课本演示实验的要求“在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装满红磷”，而一支普通的燃烧匙所盛放的红磷的质量约为4g，是理论计算量0.05537g的72倍。笔者选用250mL的集气瓶，称量 0.11g红磷于燃烧匙内进行实验，取得了成功。

案例2：一氧化碳还原氧化铁实验中氧化铁用量的确定。九年级化学沪教版课本（2016版）124页编排了“一氧化碳与氧化铁的反应”的实验，对于实验中氧化铁的用量没有具体说明，教材的表述是“放入少量氧化铁粉末”，这个少量是多少呢？学校实验室常用的硬质直玻璃管的容积约为150mL，按照教材图示比例，装入氧化铁粉末的量约为5g左右。这一用量是否合适？

用化学方程式计算如下：

设直玻璃管中150mL的一氧化碳完全反应，至多能反应掉氧化铁的质量为x。

经计算可知，理论上最多需要氧化铁粉末的质量为0.357g，可以用电子天平精确称量，由于量比较少，也便于平铺在直玻璃管中，有利于与一氧化碳充分接触而完全反应。这个实验中由于CO是不断补充为稍过量，故Fe2O3用量稍多于理论计算量也可。但图示用量是实际计算量0.357g的十多倍（5g/0.357g=14），显然不利于演示实验的进行。

笔者选取容积约为150mL的硬质直玻璃管，称取0.4g氧化铁粉末摊薄，通入CO气体 120个/分钟气泡，用酒精喷灯加热，见到氧化铁在3分钟内转变为黑色。

由此可见，真实的化学方程式的计算在我们的实验设计和演示实验中可以发挥重要的理论指导作用，因此实验前先计算，对我们的实验教学大有裨益。

二、计算题编制须符合客观事实

化学计算是从量的方面研究物质及其变化规律的，它不是单纯的数学运算，而是与基本概念、化学用语、元素及化合物、化学实验等融为一体的。化学计算教学的目的在于使学生通过数量关系去理解并掌握化学概念，基本理论和元素化合物的知识。故不能为了计算而任性的编制题目，必须要符合客观的实验事实。笔者在教学的过程中，发现有的化学计算题的编制值得商榷。

案例1：计算石灰水能吸收多少二氧化碳气体的实验题。某教材上有这样一道题目：把干燥的二氧化碳气体通入盛有石灰水的小烧杯中，若称得烧杯内物质的总质量增大2.5g，那么被吸收的二氧化碳气体是多少克？你是怎么推算的？

这道题设置在“化学反应中的质量关系”一节之后，根据质量守恒定律推算出被吸收的二氧化碳气体的质量是2.5g，好像没有什么问题，但这题没有认真考虑实验的真实情况及石灰水的性质。

笔者为了探寻这道题的真实情景，做了以下的实验探究：用50mL的小烧杯盛装约50mL 的石灰水，放在电子天平上先称量质量为69.040g，然后不断向其中通入二氧化碳气体，可见石灰水中有大量气泡不断冒出，很快石灰水变浑浊了，继续通入后又变澄清，几分钟后，制取装置中的反应逐渐减慢，石灰水中的气泡越来越少，直至消失。取走导气管，发现电子天平的示数不升反降为69.033g。这是怎么回事？笔者又重复上述实验2次，现象同上。笔者分析产生以上现象的主要原因是：CO2气体的逸出带走部分水蒸气；伸入石灰水的玻璃导气管内壁附着的水随玻璃管的取出而导致质量减小。

查阅资料可知：已知20℃ 时氢氧化钙溶解度为0.18g；在常温常压下，二氧化碳溶于水形成的饱和的水溶液里二氧化碳的浓度为0.035mol·L-1[1]。

理论计算：

20℃ 时50mL澄清石灰水的质量约为50g，设其中的Ca（OH）2能吸收的CO2 的质量为x

2CO2 + Ca（OH）2 ■ Ca（HCO3）2

88 74

x 0.09g

x=0.107g

其中的水假设为50mL，能吸收的CO2 的质量为：0.035mol·L-1 × 0.050L=0.00175g

则50mL石灰水理论上共能吸收的CO2的质量为 0.107g+0.00175g=0.10875g

结论：因为 0.10875g远小于2.5g，所以该题目的设想不成立。

由此可见，该题目无论是理论推算还是实验探析，均不合理，值得商榷。

化学计算教学中，教师需依据初中化学现有的实验仪器以及提供的可查阅的真实数据，结合情景真实的可操作的实验，编制真实可信的能反映化学学科特点的简单计算题目。

案例2：计算小苏打中混有少量碳酸钠的有关质量分数的实验题。某教材上还有这样一道计算题：某小苏打中混有少量碳酸钠。为了测定样品中碳酸钠的质量分数，取2.0g样品加热到质量不再减小时，共收集到二氧化碳0.44g。求该样品中碳酸氢钠的质量分数。（碳酸氢钠受热分解：2NaHCO3■Na2CO3+H2O+CO2，碳酸钠受热不分解）。

该题中的二氧化碳的质量为0.44g， 计算起来很方便，但其实此处有凑数字之嫌。0.44 g的二氧化碳是怎样收集的呢？又是怎样称量的呢？是先用浓硫酸除去水蒸气，然后再采用浓的氢氧化钠溶液吸收吗？有研究证明[2]：在常温常压下，用质量分数为20%的氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，其吸收率仅为25%左右，大量的气体因为外逸而损失掉，既然有大量的气体损失，从而导致测定的质量分数因不准确而不合理。如果采用固体减量法，那么水蒸汽和二氧化碳是同时减少的，又怎样单独计量二氧化碳的质量呢？

苏州市教育科学研究院中考命题组将上述题目改编成一道中考题[3]，采用简捷的实验装置，提供可操作的计量数据，通过将产生的二氧化碳气体和水蒸气的质量之和作为固体减少的质量进行计算，这样编制的题目是基于真实实验情景、“可计量”、“可操作”计算的典范。

參考文献

[1] 陈明元.中学化学中二氧化碳溶于水的问题[J].化学教学，2014（9）：93-94

[2] 田长明.用酸溶法测定市售碳酸钙纯度的实验探究[J].化学教学，2014（9）：62-64

[3] 毛明.初中化学“可计量计算”试题的命题策略[J].中学化学教学参考，2015（3）：63-65