試誤建構(gòu)在分析化學(xué)的運(yùn)用

時(shí)間:2022-09-22 11:23:30

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試誤建構(gòu)在分析化學(xué)的運(yùn)用

1試誤,建構(gòu)“量”的概念

分析化學(xué)中“量”的認(rèn)識(shí)、理解、建構(gòu)非常重要。定量分析中的各種測(cè)量,如質(zhì)量稱量、溶液體積量取、吸光度讀數(shù)等總存在誤差。為了加深學(xué)生對(duì)“量”的認(rèn)識(shí)與理解,先讓學(xué)生在“量”的摸索中尋求正確的“量”,從而讓學(xué)生建構(gòu)關(guān)系到測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)操作的嚴(yán)謹(jǐn)性、計(jì)算結(jié)果的正確性等方面的理論知識(shí)、操作技能和科學(xué)態(tài)度等“量”的概念[2]。任務(wù):在酸堿滴定中,要求移取25.00mLHCl,再加25mL水和兩滴酚酞到錐形瓶中,準(zhǔn)備滴定。試誤:學(xué)生憑以往量取經(jīng)驗(yàn),兩個(gè)體積均以量筒量取,并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)兩個(gè)“量”的區(qū)別。建構(gòu):(1)有效數(shù)的概念。25.00mL與25mL的有效數(shù)分別是4位和2位,兩個(gè)數(shù)據(jù)的意義完全不一樣,關(guān)乎實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度。(2)容器的準(zhǔn)確度概念。要量取25.00mL溶液要用到移液管或滴定管,用量筒達(dá)不到準(zhǔn)確度的要求,量筒只能量到0.1mL。不同的量具有不同的準(zhǔn)確度。因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度要求,采用不同的量具。建立因需而取的概念,即該“粗”則“粗”,該“精”則“精”的適當(dāng)準(zhǔn)確“量”的概念,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度與效率的結(jié)合。(3)誤差的概念。兩者相比,用移液管移的體積誤差小,準(zhǔn)確度高;用量筒量的體積誤差大,準(zhǔn)確度小。延伸:除了溶液體積的量取的“量”外,還有很多“量”,比如稱量、滴定量、溶液定量轉(zhuǎn)移等,均要讓學(xué)生建立好量的概念,當(dāng)然均可讓學(xué)生在概念模糊中、操作錯(cuò)誤中摸索形成正確的“量”。

2試誤,建構(gòu)“度”的意識(shí)

量變到一定程度引起質(zhì)變,質(zhì)變就是超過(guò)量的一定的“度”而產(chǎn)生的。在分析化學(xué)中存在很多這方面的例子,比如滴定時(shí)顏色突變、pH突躍、分光度法中的最大吸收波長(zhǎng)、利用標(biāo)準(zhǔn)工作曲線測(cè)定樣品含量時(shí),要求吸光度在0.2~0.8范圍內(nèi)等等,均需要學(xué)生建立“度”的意識(shí)。當(dāng)然學(xué)生在建立“度”的過(guò)程,也是從不理解到理解、錯(cuò)誤操作到正確操作的不斷螺旋上升,達(dá)到正確理解“度”的高度的過(guò)程。任務(wù):以鄰苯二甲酸氫鉀作為基準(zhǔn)物,酚酞為指示劑,對(duì)NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定。考查學(xué)生的滴定操作及終點(diǎn)判斷。試誤:同學(xué)們滴定速度過(guò)快或過(guò)慢;終點(diǎn)顏色過(guò)深或剛到有粉紅色,沒(méi)有等待30秒是否褪色就判斷到了終點(diǎn);沒(méi)有半滴操作;平行結(jié)果參差不齊。建構(gòu):(1)滴定速度及半滴操作。滴定開(kāi)始時(shí)滴定速度“見(jiàn)滴成線”,接近終點(diǎn)時(shí),逐滴滴加,即將到終點(diǎn)時(shí)半滴操作;(2)終點(diǎn)判斷方法:一是在臨近終點(diǎn)時(shí)溶液變得清亮,二是滴入的堿液會(huì)局部呈現(xiàn)紅色,但振蕩后紅色消失,這時(shí)要半滴操作,直至淺粉紅色出現(xiàn),30s后不褪色,即為終點(diǎn)。(3)顏色突變是表征,pH“度”的突變是本質(zhì)。滴定劑的加入量不足0.1%到過(guò)量0.1%,會(huì)引起溶液pH產(chǎn)生一個(gè)突躍,而0.1%往往只有半滴的試劑,因此不能認(rèn)為一滴、半滴可忽略不計(jì)。

3試誤,建構(gòu)“理”的形成

在前面所說(shuō)的半滴操作對(duì)滴定分析的重要性,學(xué)生在錯(cuò)誤感知中,發(fā)現(xiàn)滴定終點(diǎn)有不同顏色變化,為什么有突變?學(xué)生自然而然想探究現(xiàn)象背后的本質(zhì),也就是終點(diǎn)顏色突變背后隱藏了什么道理。逐步培養(yǎng)學(xué)生形成分析化學(xué)中的“理”的內(nèi)涵。任務(wù):若以NaOH溶液加入量為橫坐標(biāo),對(duì)應(yīng)溶液的pH為縱坐標(biāo),繪制關(guān)系曲線,則如圖1所示的滴定曲線,由圖分析得出,滴定開(kāi)始時(shí)溶液中存在較多的HCl,pH的升高逐漸加快。在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前后,NaOH溶液由不足0.02mL到過(guò)量0.02mL,總計(jì)不過(guò)0.04mL(約為一滴),但溶液pH卻從4.30增加到9.70,變化了5.4個(gè)pH單位,形成滴定曲線的“突躍”。根據(jù)滴定突躍曲線,選擇指示劑及用量。試誤:學(xué)生選擇不同的指示劑,如酚酞、甲基橙、甲基紅等,出現(xiàn)不同的終點(diǎn)顏色,讀出不同的終點(diǎn)滴定讀數(shù),出現(xiàn)不同的標(biāo)定結(jié)果和誤差。有的學(xué)生以為指示劑加得越多顏色變化越明顯,加了過(guò)量的指示劑等。建構(gòu):(1)滴定突變與pH的關(guān)系。如對(duì)于強(qiáng)堿與強(qiáng)酸的滴定,其突躍范圍的大小隨標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)溶液濃度的變化而改變,溶液濃度越大,突躍范圍越大,可供選擇指示劑越多;溶液濃度越小,突躍范圍越小,可供選擇指示劑越??;(2)指示劑選擇的依據(jù)。指示劑的選擇是有據(jù)可依、有理可循的,不是隨便選一種的,滴定突躍范圍則是選擇指示劑的依據(jù)。凡在突躍范圍內(nèi)能發(fā)生顏色改變的指示劑,都可用來(lái)指示滴定終點(diǎn)。從這一原則看,強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸可選用酚酞、甲基橙、甲基紅等作指示劑,但還要兼顧指示劑的變色點(diǎn)盡量靠近化學(xué)計(jì)量點(diǎn)這個(gè)原則,以及考慮人的視覺(jué)對(duì)顏色的敏感性。因此,對(duì)強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸時(shí),常選用酚酞作指示劑。(3)指示劑用量。指示劑的用量,直接影響滴定的準(zhǔn)確度,在酸堿滴定中,指示劑本身是弱酸或弱堿,多加會(huì)消耗一些滴定劑,從而引起誤差。通常被滴定試液為20~30mL時(shí),指示劑用量為1~4滴,并不是加得越多越好。教學(xué)中有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生“嘗試錯(cuò)誤”,讓學(xué)生經(jīng)受失誤的教訓(xùn),促使學(xué)生積極參與并探索出知識(shí)的構(gòu)建過(guò)程,凝聚于分析化學(xué)中的“量”“度”“理”的知識(shí)與道理才能轉(zhuǎn)化為學(xué)生個(gè)體的能力。正如科學(xué)家波普爾所說(shuō)“錯(cuò)誤中往往孕育著比正確更豐富的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造因素,發(fā)現(xiàn)的方法就是主要的方法”[3]。因此,在“嘗試錯(cuò)誤”的過(guò)程中,引導(dǎo)學(xué)生全方位、多角度思考,使學(xué)生思考方法不斷優(yōu)化,學(xué)會(huì)合理地調(diào)整思維方向,提高分析思維的準(zhǔn)確性和靈活性,從而成長(zhǎng)為一名出色的分析工。

本文作者:龐永炎工作單位:李偉強(qiáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)校