初中化學(xué)中的分析方法和手段

時(shí)菊蓮

摘 要： 化學(xué)（chemistry）是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化規(guī)律等的科學(xué)。分析方法和手段是化學(xué)研究的基本途徑。定性分析和定量分析是最常用的方法和手段。初中化學(xué)教師應(yīng)該利用教材和開發(fā)教材，幫助學(xué)生構(gòu)建定性和定量的概念模型，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

關(guān)鍵詞： 分析方法和手段 定性分析 定量分析 辯證統(tǒng)一

化學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)與理論一直是化學(xué)研究中相互依賴、彼此促進(jìn)的兩個(gè)方面。進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于受到自然科學(xué)及其他學(xué)科發(fā)展的影響，廣泛應(yīng)用當(dāng)代科學(xué)的理論、技術(shù)和方法，化學(xué)在研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、合成和測試等方面有長足的進(jìn)展，在理論方面取得許多重要成果。在無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)四大分支學(xué)科的基礎(chǔ)上產(chǎn)生新的化學(xué)分支學(xué)科。分析方法和手段是化學(xué)研究的基本方法和手段。其中，定性分析和定量分析是最常用的方法和手段，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查方式傾向于“定性加定量”，這在近幾年的中考中經(jīng)常會遇到。例如：二氧化碳通入澄清石灰水，由于二氧化碳的通入量不同，導(dǎo)致反應(yīng)現(xiàn)象及產(chǎn)物均不同；又如催化劑的量不同，導(dǎo)致反應(yīng)速度的不同；反應(yīng)溫度的不同，會影響化學(xué)反應(yīng)速度；溶液濃度的不同，會影響化學(xué)反應(yīng)速度。2011年蘇州中考化學(xué)第35題以雞蛋清為研究對象，分別考查硝酸溶液的濃度對蛋白質(zhì)化學(xué)反應(yīng)和生理功能的影響及溫度對化學(xué)反應(yīng)的影響；硫酸銨溶液的濃度對蛋白質(zhì)鹽析的影響；這個(gè)題目充分反映量對化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象和結(jié)果的影響，值得廣大教師和學(xué)生在教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中思考和借鑒。

1869年俄國科學(xué)家門捷列夫（Dmitri Mendeleev）首創(chuàng)周期表，他將當(dāng)時(shí)已知的63種元素按原子量大小以表的形式排列，把有相似化學(xué)性質(zhì)的元素放在同一列，就是元素周期表的雛形。利用周期表，門捷列夫成功地預(yù)測當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)的元素的特性（鎵、鈧、鍺）。1913年英國科學(xué)家莫色勒利用陰極射線撞擊金屬產(chǎn)生X射線，發(fā)現(xiàn)原子序數(shù)越大，X射線的頻率就越高，因此他認(rèn)為核的正電荷數(shù)決定了元素的化學(xué)性質(zhì)，并把元素依照核內(nèi)正電荷數(shù)（即質(zhì)子數(shù)或原子序數(shù)）排列，經(jīng)過多年修訂后才成為當(dāng)代的周期表。在周期表中，元素以原子序數(shù)排列，原子序數(shù)最小的排行最前。表中一橫行稱為一個(gè)周期，一列稱為一個(gè)族。這張表揭示了物質(zhì)世界的秘密，把一些看來似乎互不相關(guān)的元素統(tǒng)一起來，組成了一個(gè)完整的自然體系。這就為化學(xué)中的定性分析和定量分析問題奠定了基礎(chǔ)。

定性分析就是對研究對象進(jìn)行“質(zhì)”方面的分析。具體說是運(yùn)用歸納和演繹、分析與綜合，以及抽象與概括等方法，對獲得的各種材料進(jìn)行思維加工，從而去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里，認(rèn)識事物本質(zhì)，揭示內(nèi)在規(guī)律。定性分析是一種最根本、最重要的分析研究過程。

在對溶液溶解性和溶解度的學(xué)習(xí)中，不同溶質(zhì)在同一溶劑中的溶解能力不同，如何區(qū)別易溶、可溶、微溶、難溶物質(zhì)，是溶液溶解能力的定性表示，在討論溶質(zhì)溶解性大小時(shí)，我們適時(shí)學(xué)習(xí)溶解度——溶解能力的定量表示，有了溶解度，我們就可以把物質(zhì)的溶解性分得很細(xì)致。

表1 常溫下溶解度和溶解性的關(guān)系

同一種物質(zhì)在水中的溶解度隨溫度的變化而變化，這種變化關(guān)系可以用物質(zhì)的溶解度曲線表示，物質(zhì)的溶解性因素屬于定性分析，其定量表示溶解度及溶解度曲線。所以，定性研究是定量研究的基礎(chǔ)，是它的指南，但只有同時(shí)運(yùn)用定量研究，才能在精確定量的根據(jù)下準(zhǔn)確定性。再如在分析工業(yè)冶鐵用一氧化碳還原氧化鐵的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)質(zhì)量守恒定律，書寫氧化鐵與一氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程量變引起質(zhì)變，量變質(zhì)變規(guī)律是自然辯證法的基本規(guī)律，在自然界普遍存在，在化學(xué)變化中表現(xiàn)尤為明顯?；瘜W(xué)變化是千變?nèi)f化的，而影響化學(xué)變化的因素又是多種多樣的。在初中化學(xué)學(xué)習(xí)中同樣會遇到量變和質(zhì)變的問題，具體表現(xiàn)為如何定性和定量。

化學(xué)變化從本質(zhì)上講是量變引起質(zhì)變的過程。判斷化學(xué)變化的依據(jù)是產(chǎn)生新物質(zhì)，即不一樣的物質(zhì)，這可以從新物質(zhì)的顏色狀態(tài)等角度加以分析，屬于定性分析問題。例如：面粉燃燒放出大量熱量，生成黑色固體，其中判斷化學(xué)變化的依據(jù)是生成黑色固體，產(chǎn)生了新物質(zhì)。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在化學(xué)反應(yīng)中，參加反應(yīng)的各物質(zhì)的總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的總和。其微觀解釋是：在化學(xué)反應(yīng)中，原子的種類、數(shù)目和質(zhì)量均不變。這一些又屬于定量分析問題。例如：把鐵釘放在硫酸銅溶液（藍(lán)色）里，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束（會有明顯的反應(yīng)現(xiàn)象）后，剩余物質(zhì)的質(zhì)量將嚴(yán)格等于鐵釘?shù)馁|(zhì)量和硫酸銅溶液的質(zhì)量之和。實(shí)驗(yàn)證明，物體的質(zhì)量具有不變性。不論如何分割或溶解，質(zhì)量始終不變。在任何化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量保持不變。例如，燃燒前碳的質(zhì)量與燃燒時(shí)空氣中消耗的氧的質(zhì)量之和準(zhǔn)確地等于燃燒后生成物質(zhì)的質(zhì)量。

定性分析和定量分析是有區(qū)別的。首先是手段不同，定性分析主要運(yùn)用邏輯推理、歷史比較等方法，定量分析主要運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)測量、統(tǒng)計(jì)分析和建立模型等方法。例如：在研究溶液的酸堿性時(shí)，采用酸堿指示劑，300多年前，英國年輕的科學(xué)家羅伯特·波義耳在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中偶然捕捉到一種奇特的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為洗掉花上的酸沫，他把花用水沖了一下，一會兒發(fā)現(xiàn)紫羅蘭顏色變紅了。他推斷，不僅鹽酸，而且其他各種酸都能使紫羅蘭變?yōu)榧t色。為了獲得豐富、準(zhǔn)確的第一手資料，他采集了藥草、牽?；?、苔蘚、月季花、樹皮和各種植物的根……泡出了多種顏色的不同浸液，有些浸液遇酸變色，有些浸液遇堿變色，不過有趣的是，他從石蕊苔蘚中提取的紫色浸液，酸液能使它變紅色，堿液能使它變藍(lán)色，這就是最早的紫色石蕊試液，波義耳把它稱做酸堿指示劑。其次是結(jié)論表述形式不同。定性分析結(jié)論多以文字描述為主；定量分析主要以數(shù)據(jù)、模式、圖形等表達(dá)。例如：用酸堿度表示溶液的酸性或堿性的強(qiáng)弱程度。溶液的pH值與酸堿性關(guān)系是pH=7，溶液呈中性；pH<7，溶液呈酸性，pH越小，酸性越強(qiáng)；pH>7，溶液呈堿性，pH越大，堿性越強(qiáng)。相關(guān)的考題有：我省蘇北有些灘涂地區(qū)的土壤被稱為“鹽堿地”，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常用引進(jìn)內(nèi)河淡水浸泡再排水的方法改良堿性土壤。若以土壤pH為縱坐標(biāo)，浸泡水次數(shù)（m）為橫坐標(biāo)，下列能正確表示土壤pH變化的圖像的是（？搖？搖？搖？搖？搖？搖？搖？搖）。

定性分析和定量分析對數(shù)學(xué)知識的要求雖然有高有低，但不能就此把定性分析與定量分析截然劃分開。現(xiàn)代定性分析方法同樣要采用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行計(jì)算，而定量分析則必須建立在定性預(yù)測基礎(chǔ)上，二者相輔相成，定性是定量的依據(jù)，定量是定性的具體化，二者結(jié)合起來靈活運(yùn)用，才能取得最佳效果。

定性分析與定量分析應(yīng)該是統(tǒng)一的、相互補(bǔ)充的。定性分析是定量分析的基本前提，沒有定性的定量是一種盲目的、毫無價(jià)值的定量；定量分析使定性更科學(xué)、準(zhǔn)確，可以促使定性分析得出廣泛而深入的結(jié)論。

雖然各個(gè)學(xué)習(xí)階段和各種實(shí)驗(yàn)探究活動中采用的方法存在差異，卻有著同一性。也就是說，在方法應(yīng)用問題上包含一致原則：即從認(rèn)識論方面說，要做到理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則；從辯證法角度說，要做到歷史與邏輯的統(tǒng)一；從方法自身規(guī)律和結(jié)構(gòu)看，要做到個(gè)別與一般方法相結(jié)合，邏輯與非邏輯方法相結(jié)合。

在化學(xué)教育過程中，我們要體現(xiàn)出定量和定性研究的關(guān)系，從定性實(shí)驗(yàn)發(fā)展到定量實(shí)驗(yàn)，是認(rèn)識不斷深化的表現(xiàn)，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要特點(diǎn)之一，我們要使學(xué)生了解，科學(xué)使用定量分析和定性分析這一方法和手段，能更精確地進(jìn)行科學(xué)探究。