中學化學教學中計量儀器讀數(shù)誤差分析

高 霞 吳曉紅

一、計量儀器

計量儀器是指將被測的量轉換成可直接觀測的指示值或等效信息的計量器具。根據(jù)計量儀器的用途，高中化學常見的計量儀器可分為：質量計量儀器(包括托盤天平)；體積計量儀器(包括量筒、移液管、酸堿式滴定管、容量瓶等)；溫度測量儀器(包括溫度計)等。

二、讀數(shù)誤差分析

筆者在運用課堂觀察技術進行中學化學課堂觀察研究的過程中，發(fā)現(xiàn)學生在化學學習中不能正確使用計量儀器，且不能準確分析造成實驗誤差的原因?，F(xiàn)將中學常見計量儀器讀數(shù)誤差進行分析。

1.托盤天平

托盤天平：粗略稱量樣品質量的儀器。其設計原理為：當左盤質量等于右盤質量與游碼質量之和時天平平衡：M左=M右+M游。正確稱量時，左盤放物體，右盤放砝碼，即M物=M砝+M游。當物體和砝碼放反時，有兩種情況：一是未使用游碼，二是使用了游碼。其中，M左：左盤質量，M右：右盤質量，M物：稱量物的實際質量，M砝：砝碼質量，M游：游碼質量，M*物：物碼放反時稱量物的質量讀數(shù)。

(1)未使用游碼的情況

根據(jù)M左=M右+M游，未使用游碼時，M游=0。左物右碼時：M物=M砝，當物碼反放時：M砝=M*物。這個過程不涉及游碼的質量，因此稱量值是準確的。

(2)使用游碼的情況

物體和砝碼正確放置時：M物=M砝+M游①，物碼反放時，正確的平衡關系應為M砝=M物+M游②。往往實際操作中仍按①式計算，規(guī)定錯誤操作時讀數(shù)值為M*物，帶入①得到M*物=M砝+M游③，②+③得：M*物=M物+2M游，讀數(shù)值與實際值的差值(M*物-M物=2M游)為游碼質量的2倍，讀數(shù)偏大。

例1：某同學把食鹽放在天平的右盤上稱量，用了8.0 g砝碼和0.5 g游碼，則食鹽的實際質量為( )

A.8.5 g B.8.0 g C.7.5 g D.9.0 g

分析：物體實際質量=物碼放反時稱量物的質量讀數(shù)-2×游碼質量=8.5-2×0.5=7.5(g)，故選C。

2.量筒

量筒是用來量取液體的一種玻璃儀器。向量筒里注入液體時，應左手拿量筒，使量筒略傾斜，右手持試劑瓶，試劑瓶口緊挨著量筒口，使試劑緩緩流入。量筒的零刻度在最下面，向上刻度越來越大。讀數(shù)時要注意：應把量筒放在平整的桌面上。觀察刻度時，視線與量筒內(nèi)液體凹液面的最低處保持水平，讀出所取液體的體積數(shù)。

具體誤差涉及以下兩種情況：

(1)量筒讀數(shù)(看液面)

討論這類問題時要注意：若量筒中已盛有一定體積的液體，觀察者只需平視量筒中液體凹液面的最低點，準確讀取液體體積。如果仰視觀察凹液面的最低點，沿著視線便會使讀數(shù)偏小；如果俯視觀察凹液面的最低點，沿著視線便會使讀數(shù)偏大。具體過程如圖1所示。

結論：仰視讀數(shù)偏小，俯視讀數(shù)偏大。

(2)量筒量取(看刻度)

討論這類問題時要注意：操作開始時量筒中沒有液體，操作者根據(jù)要求不斷向量筒中傾倒液體至給定體積，視線始終關注量筒上的給定刻度線。如果仰視觀察量取液體至給定刻度線，實際液體凹液面的最低點在給定值上方，所倒液體比給定值多；如果俯視至給定刻度線，實際液體凹液面的最低點在給定值下方，所倒液體比給定值少。具體過程如圖2所示。

結論：仰視量取的液體比給定值多，俯視量取的液體比給定值少。

圖1 量筒讀數(shù)

圖2 量筒量取

例2：量筒里有20.0mL水，某同學仰視讀數(shù)，結果如何？( )

A.大于20.0mL B.小于20.0mL C.等于20.0mL D.無法確定

分析：這道題屬于看液面類型，仰視讀數(shù)偏小，故選B。

例3：用量筒測量水的體積，某同學仰視讀數(shù)為60.0mL，則量筒內(nèi)水的實際體積( )

A.大于60.0mL B.小于60.0mL C.等于60.0mL D.無法確定

分析：這道題屬于看刻度類型，仰視量取液體偏多，故選A。

3.滴定管

滴定管是滴定時可以準確測量滴定劑消耗體積的玻璃儀器。在實際操作中也可用來放出一定體積的液體。滴定管的零刻度在最上方，向下刻度越來越大。中學化學教學中滴定管用途有兩種：一是進行酸堿中和滴定；二是準確量取液體體積。記錄讀數(shù)時，要保留小數(shù)點后兩位。

具體誤差如下：

(1)滴定管滴定(看液面)

討論這類問題時要注意：滴定過程中觀察者只需觀察錐形瓶中顏色的變化，無需觀察滴定管中讀數(shù)的變化。待滴定操作結束后，觀察者平視滴定管中液體凹液面的最低點，根據(jù)刻度準確讀取所用液體體積。如果仰視凹液面的最低點，沿著視線便會使讀數(shù)偏大，如果俯視凹液面的最低點，沿著視線便會使讀數(shù)偏小。具體過程如圖3所示。

結論：仰視讀數(shù)偏大，俯視讀數(shù)偏小。

(2)滴定管量取(看刻度)

討論這類問題時要注意：開始操作時滴定管中裝滿液體，操作人員根據(jù)要求不斷釋放液體至給定體積，視線始終關注給定刻度線。如果仰視觀察至給定刻度線，液體凹液面的最低點在給定值上方，所倒液體比給定值少；如果俯視至給定刻度線，液體凹液面的最低點在給定值下方，所倒液體比給定值多。具體過程如圖4所示。

結論：仰視量取的液體比給定值少，俯視量取的液體比給定值多。

圖3 滴定管讀數(shù)

圖4 滴定管量取

例4：某學生用堿式滴定管量取0.10 mol/L HCl溶液，開始俯視讀數(shù)為11.00mL，取出部分溶液后，仰視讀數(shù)為20.00mL，實際取出液體體積如何？( )

A.大于9.00mL B.小于9.00mL C.等于9.00mL D.無法確定

分析：該題屬于只看刻度問題，滴定管取出HCl溶液體積V=V(末實際)-V(初實際)，開始俯視11.00mL刻度，實際液體比11.00mL多，V(初實際)偏大；倒出液體后仰視20.00mL刻度，實際液體比20.00mL少，V(末實際)偏小，計算滴定管取出HCl溶液體積V值偏小，滴定管取出HCl溶液體積小于9.00mL，故選B。

4.容量瓶

容量瓶是準確配制一定物質的量濃度溶液用的精確儀器。該容器只有一個刻度線，適用于配置一定物質的量濃度的溶液。在定容過程中，眼睛須緊盯刻度線，誤差會影響所配溶液濃度的大小。若定容時仰視至刻度線處，溶液凹液面最低處在刻度線上方，實際體積偏大，導致濃度偏?。蝗舳ㄈ輹r俯視至刻線處，溶液凹液面最低處在刻度線下方，實際體積偏小，導致濃度偏大。具體過程如圖5所示。

結論：仰視濃度偏小，俯視濃度偏大。

圖5 容量瓶的定容

三、教學建議

學生在化學學習中，正確使用各種計量儀器，可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)乃季S，認真的態(tài)度，同時還可以提高學生對化學計量的理解，便于對后續(xù)知識的掌握和融會貫通；教師講解化學計量儀器時，使用多媒體展示效果好，文中所展示的幾種儀器的讀數(shù)圖片，若用動畫制作、多媒體展示會使教學更直觀，便于學生理解正確的讀數(shù)方法；在講解每一種儀器存在的誤差時，讓學生先入為主，先直接接受正確的方法，再舉例說明錯誤的讀數(shù)造成的誤差，盡量不要在學生犯錯之后糾正，否則學生容易形成固定思維，糾正時難度大、教學效果不好；教師講解之后應有配套的操作練習和習題練習，這樣可以使學生在親自動手實踐中，將書本知識深化記憶，減少犯錯的概率。通過以上一系列教學過程，學生對化學計量儀器中有關仰視俯視的誤差分析有了深刻的認識，同時還會提高實驗操作能力，教學成效顯著。

[1]吳曉紅,高霞.“課堂觀察”量表的應用分析—基于課堂教學的案例[J].教育教學論壇,2012(10):127-128.

[2]李志州.量器的讀數(shù)誤差分析[J].中學教學參考,2010(3):124.

[3]王大偉.巧解實驗題目中的“俯視”和“仰視”[J].理化生教學與研究,2009(34):188-189.

[4]徐海軍.酸堿中和滴定操作誤差分析[J].內(nèi)蒙古石油化工,2009(6):7,18.

[5]緱文華.托盤天平幾種誤差的分析[J].理化生教學,2007(7):54-55.

[6]游子良.中學化學常用儀器分類之我見[J].化學教育,1992(6):16-17.