凸显科学态度的“配制一定物质的量浓度溶液”实验改进

杨香菊 朱成东

摘 要：“配制一定物质的量浓度的溶液”是新课标中明确规定的学生必做实验之一。本研究将教材中配制“100mL1.00mol/LNaCl溶液”改为“100mL 0.10mol/LCuSO4溶液”，利用分光光度计，进行误差判断，体现容量瓶仪器的价值。整个探究的过程，凸显严谨的科学态度与探索未知、崇尚真理的意识。

关键词：溶液配制 精度 分光光度計 科学态度

引言

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》针对高中生应该具备的化学学科核心素养提出了明确的要求，为实现学生关键能力的培养，教师可以借助数字化实验仪器，引导学生基于真实情境发现、探究并解决问题，实现化学学科的育人价值与社会价值[1]。

一、“配制一定物质的量浓度的溶液”实验的实践探析

修订后的2019版新教材沿用了2007版旧教材中配制“100mL1.00mol/LNaCl溶液”的实验[2]，究其原因，采用NaCl的合理性明显：学生熟悉、价廉易得，溶解过程中没有明显的吸放热效应，实验时间易控，可减少因仪器形变带来的实验误差。同时，教材介绍了“梨形身材”的容量瓶，强调其精确及用法。看似简单的实验，如何改变注重动手但缺少思考的现状，引发高级思维是值得教师思考的重要环节。

（一）问题的提出：容量瓶的使用是否提高了溶液浓度的精度？

在真实的教学过程中，引导学生将100mL烧杯与100mL容量瓶中的H2O进行互倒，以此判断两种仪器的精确度，并进行比较，尝试证明。

然后，引导学生思考，如何测定已配制的1.00mol/LNaCl溶液的实际浓度？然后根据学生的基础与氯化钠溶液的特征，最终选择Vernier电导率传感器进行探究。

1. 探究NaCl溶液的浓度与电导率之间的关系

围绕生理盐水的浓度进行设计，分别用100mL烧杯与100mL容量瓶作为容器，平行配制了三组4种浓度的NaCl溶液，测得“浓度—电导率（平均值）”关系如表1和图1。图1中，①线使用烧杯作为容器;②线使用容量瓶作为容器。

通过图表可以看出：

（1）在一定范围内，NaCl溶液浓度与电导率之间呈线性关系。

（2）图1清晰地表明，②线相比①线数据的离散度更小。即同样使用普通电子天平称量时，选用100mL容量瓶要比100mL烧杯配制的溶液浓度更精确。

2. 本实验在课堂教学中的可操作性分析

通过单位换算，可以发现此电导率传感器可测量的NaCl溶液浓度上限大约为0.17mol/L，可见1.00mol/LNaCl溶液无法进行测量。若降低NaCl溶液至量程范围内，又存在理论计算值与实际称量值之间的误差，这将导致导致精确仪器容量瓶的引入失去意义。经过尝试以后，决定采用其他物质替代NaCl进行实验改进。

（二）利用胆矾来进行溶液配制的实验改进

1. 配制CuSO4溶液浓度的范围分析

胆矾（CuSO4∙5H2O）Mr值为250，为减少药品浪费，缩短溶解时间，经过多次实践，本实验最终以配制100mL0.10mol/L CuSO4溶液为例进行实验探究。

2. 0.10mol/L CuSO4溶液浓度的表征方法

基于CuSO4溶液的颜色特征，本研究选用Vernier GD无线分光光度计，利用吸光度与浓度之间的正比关系进行测定。

首先配制5中不同浓度的CuSO4溶液，分别测定后得到“浓度—吸光值”关系如表2和图2。分别使用100mL烧杯与100mL容量瓶配置0.1mol/L CuSO4溶液，进行吸光值测定，并在图像上直接读出实际浓度数值（见图2最右边两个数据）。

3. 探究本实验对课堂教学的启示

（1）通过实验发现低浓度的CuSO4溶液在配制过程中没有明显的水解现象，始终澄清透明、颜色鲜亮，比无色的氯化钠溶液更具视觉优势。

（2）本实验以朗伯比尔定律为理论基础，原理简单，操作方便。可直接应用于实际课堂教学中。

（3）通过拟合的标准曲线，可测定并直接读出学生配制的CuSO4溶液浓度数值，由理论浓度与实际浓度之间的差值为出发点，便可引入误差分析的教学，过渡自然，条理清晰。不仅锻炼了学生的动手操作能力，更引发了学生的高级思维过程。

二、探究实验改进过程中的收获

为实现“配制一定物质的量浓度的溶液”实验探析客观全面，本研究结合四个常见版本教材进行了综合对比。苏教版配制“100mL0.100mol/LNa2CO3溶液”[3]，鲁科版配制“0.1L的NaCl溶液，其中溶质的物质的量为0.04mol”[4]，沪科版配制“250mL0.100mol/L Na2CO3溶液”[5]。四版教材使用的溶质并不完全相同，浓度的精确度表达也不尽相同。苏教版与沪科版将浓度精确到0.001mol/L，与容量瓶为“一种精密度较高的玻璃仪器”[5]呈现出对应关系。同时，各版教材关于如何“准确”配制均作了适当的引导和说明。鲁科版以思考题形式提问“为了准确配制此溶液，在实验操作方面应注意哪些问题”[4];苏教版和人教版直接说明“为保证实验精度，在称量固体时，应使用分析天平或电子天平称量”;不同之处在于，苏教版在配制溶液之后紧接着引入了简单的酸碱中和滴定的计算，显然在于引导学生思考如何确定所配溶液的浓度精度问题。

通过对比，发现各版教材在设计溶液配制的实验时，基础目的均在于实验步骤的掌握，其次是误差来源和大小的分析。若没有适当衔接，就会使得误差分析显得突兀，因此，本研究通过数字化仪器，向学生直观展示理论浓度与实际浓度之间的明显差别，再过渡为误差分析就显得有理有据。

三、结语

化学学科核心素养的培育对教师的工作提出了更高的要求，并不断推动教师专业化成长，同时也在引领教师培育更多具有实践能力、探究能力及创新能力的人才，并在此过程展现化学的社会功能与价值。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]王晶，郑长龙.普通高中化学教科书必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019：54-55.

[3]王祖浩.普通高中化学教科书必修第一册[M].江苏：江苏凤凰教育出版社，2020：39-40.

[4]王磊.普通高中化学教科书必修第一册[M].山东：山东科学技术出版社，2020：25-26.

[5]姚子鹏.高级中学课本高中一年级第二学期（试用本）[M].上海：上海科学技术出版社，2007：12-13.

安徽省级课题“促进学生深度学习的《物质的量》单元活动设计与实施研究”（HX202029）