初中化學(xué)教材對(duì)氣體溶解度的定義

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摘要:不同版本的教材對(duì)氣體溶解度的定義和處理方式各不相同。通過(guò)對(duì)比人教版、北京版、科粵版、滬教版、魯教版五個(gè)不同版本初中化學(xué)教材，分析認(rèn)為魯教版、滬教版化學(xué)教材對(duì)“氣體溶解度”的定義、處理方式更加科學(xué);人教版、北京版、科粵版化學(xué)教材舉例更加豐富，對(duì)這部分內(nèi)容的處理方式更加符合學(xué)生的認(rèn)知。

關(guān)鍵詞:初中化學(xué);氣體溶解度;教材分析

1問(wèn)題的提出

九年級(jí)化學(xué)“溶解度”專(zhuān)題練習(xí)中，學(xué)生經(jīng)常會(huì)碰到如下有關(guān)“固體溶解度”的習(xí)題。例1下列不影響固體物質(zhì)溶解度大小的因素是A.溫度B.溶劑質(zhì)量C.溶劑種類(lèi)D.溶質(zhì)種類(lèi)不同版本的化學(xué)教材中，對(duì)固體物質(zhì)溶解度的定義如出一轍，以人教版九年級(jí)化學(xué)教材(下冊(cè))為例:“固體的溶解度表示在一定溫度下，某固態(tài)物質(zhì)在100g溶劑里達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的質(zhì)量。［1］”在固體溶解度定義中，為了控制影響固體溶解度因素中“溶劑質(zhì)量”這個(gè)變量，人為規(guī)定了“100g溶劑”。這個(gè)“100g溶劑”就是對(duì)固體溶解度進(jìn)行科學(xué)研究的基準(zhǔn)，即不管所給溶劑質(zhì)量為多少，固體物質(zhì)的溶解度只需看在一定溫度下，某固體物質(zhì)在100g溶劑中最多溶解的質(zhì)量為多少，與溶劑質(zhì)量無(wú)關(guān)，只與溶質(zhì)種類(lèi)、溶劑種類(lèi)、溫度有關(guān)，所以本題選B。初中學(xué)生在學(xué)習(xí)“相對(duì)原子質(zhì)量”定義時(shí)，對(duì)“科學(xué)研究基準(zhǔn)”就有一定的了解。所以，人為規(guī)定100g溶劑的“研究基準(zhǔn)”很快便能深入學(xué)生內(nèi)心，學(xué)生處理這類(lèi)問(wèn)題也更加得心應(yīng)手。所以在遇到如下關(guān)于“氣體溶解度”的習(xí)題時(shí)，學(xué)生也會(huì)想到“研究基準(zhǔn)”。例2下列因素中不會(huì)影響氣體物質(zhì)溶解度的是A.溶劑的量B.溫度C.溶質(zhì)的種類(lèi)D.壓強(qiáng)打開(kāi)汽水的瓶蓋，氣泡會(huì)自動(dòng)噴出;喝了汽水后會(huì)打嗝。這些說(shuō)明氣體的溶解能力與壓強(qiáng)和溫度都有關(guān)系;在一定溫度和壓強(qiáng)下，不同氣體物質(zhì)在同一溶劑中的溶解能力也不相同，所以氣體的溶解能力還與氣體溶質(zhì)的種類(lèi)有關(guān)。大部分學(xué)生都會(huì)得出本題的答案為A，但也有部分學(xué)生提出，本題應(yīng)該選AD。支撐他們選AD的原因是:化學(xué)教材中明確指出氣體的溶解度是指該氣體的壓強(qiáng)為101kPa和一定溫度時(shí)，溶解在1體積水里達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的氣體體積［2］。在該定義中，不僅規(guī)定了比較氣體溶解度時(shí)“1體積水”這個(gè)研究基準(zhǔn)，還規(guī)定了“壓強(qiáng)為101kPa”這個(gè)研究基準(zhǔn)。也就是說(shuō)無(wú)論所給水的體積為多少，只考慮在1體積水中最多溶解的該氣體的體積;無(wú)論該氣體的壓強(qiáng)為多少，也只考慮該氣體在壓強(qiáng)為101kPa時(shí)最多能溶解的體積。在這個(gè)定義所規(guī)定的研究基準(zhǔn)下，氣體的溶解度只與溫度和氣體種類(lèi)有關(guān)，而與氣體壓強(qiáng)無(wú)關(guān)。但本題所給的標(biāo)準(zhǔn)答案是D，到底是答案有誤還是教材表述不合理?這些問(wèn)題成為比較不同版本初中化學(xué)教材對(duì)“氣體溶解度”定義和處理方式的出發(fā)點(diǎn)。

2不同版本化學(xué)教材對(duì)“氣體溶解度”的定義表述

2.1人教版、北京版、科粵版教材

人教版九年級(jí)化學(xué)教材(下冊(cè))第38頁(yè)正文部分?jǐn)⑹隽藲怏w溶解度的定義:通常用的氣體的溶解度，是指該氣體的壓強(qiáng)為101kPa和一定溫度時(shí)，溶解在1體積水里達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的氣體體積。教材還在該頁(yè)注釋部分強(qiáng)調(diào):非標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)的氣體體積要換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)的體積。在教材該頁(yè)的討論部分則通過(guò)打開(kāi)汽水瓶蓋汽水會(huì)自動(dòng)噴出，以及喝了汽水后常常會(huì)打嗝這兩個(gè)生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象讓學(xué)生展開(kāi)討論，以得出氣體的溶解度與壓強(qiáng)和溫度都有關(guān)的結(jié)論。在該版本教材對(duì)溶解度的定義中，選取了“1體積水”“壓強(qiáng)為101kPa”兩個(gè)研究基準(zhǔn)，但通過(guò)討論部分的舉例得到壓強(qiáng)與氣體溶解度的關(guān)系時(shí)，卻忽略了壓強(qiáng)為“101kPa”這個(gè)研究基準(zhǔn)。北京版九年級(jí)化學(xué)教材(下冊(cè))第16頁(yè)“拓展閱讀”部分對(duì)氣體的溶解度進(jìn)行了規(guī)定，該部分指出:氣體在水中的溶解度是指在壓強(qiáng)為101kPa和一定溫度時(shí)，氣體溶解在1體積水中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的氣體體積數(shù)。接著文中指出氣體的“溶解度”隨溫度和壓強(qiáng)的改變而變化。當(dāng)壓強(qiáng)改變時(shí)，氣體的“溶解量”也隨之改變，但溶解的體積數(shù)卻基本不變。為了說(shuō)明“溶解的體積數(shù)基本不變”這一觀點(diǎn)，書(shū)中進(jìn)行了舉例:20℃，101kPa時(shí)，1體積水中最多可溶解0.031體積氧氣;20℃，壓強(qiáng)增大到2×101kPa時(shí)，最多溶解氧氣的體積數(shù)仍然是0.031體積，但后者所溶解的氧氣分子數(shù)卻是前者的2倍［3］。在該版本教材對(duì)溶解度的定義中，也選取了兩個(gè)研究基準(zhǔn)，同時(shí)指出氣體溶解度隨壓強(qiáng)的改變而發(fā)生變化。但在后面舉例說(shuō)明時(shí)，舉的例子卻說(shuō)明“一定溫度下，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體最多溶解的體積數(shù)不變”。由于所舉例子不能很好印證結(jié)論，初中學(xué)生在閱讀到這一段材料時(shí)，對(duì)“壓強(qiáng)到底會(huì)不會(huì)影響氣體溶解度”這個(gè)問(wèn)題會(huì)感到更加迷惑。該部分內(nèi)容在教材的“拓展閱讀”部分，且涉及到部分高中知識(shí)，教師在課堂上所能講解的有限，部分學(xué)生若不求甚解，對(duì)“溶解度”和“溶解量”這兩個(gè)概念的不同也很難真正掌握。科粵版九年級(jí)化學(xué)教材(下冊(cè))第204～205頁(yè)正文部分指出:氣體的溶解度是指某氣體在壓強(qiáng)為101.3kPa和一定溫度時(shí)溶解在1體積的溶劑中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的體積。同時(shí)還在文中交代:氣體的溶解度大小除了跟氣體本身性質(zhì)和溶劑種類(lèi)有關(guān)外，還跟外界條件，如溫度、壓強(qiáng)等有關(guān)。為了說(shuō)明氣體溶解度與壓強(qiáng)的關(guān)系，文中舉出工業(yè)制汽水時(shí)，利用增大壓強(qiáng)的方法使大量二氧化碳?xì)怏w溶解在水里;當(dāng)汽水瓶蓋打開(kāi)時(shí)，壓強(qiáng)減小，氣體的“溶解量”跟著減小，因此有大量二氧化碳?xì)怏w從水里逸出。在教材“長(zhǎng)話(huà)短說(shuō)”部分也明確指出:氣體物質(zhì)的溶解度隨著溫度的升高而減小，隨著壓強(qiáng)的增大而增大［4］。該版本教材對(duì)溶解度的定義中，選取了兩個(gè)研究基準(zhǔn)，同時(shí)指出氣體溶解度大小跟壓強(qiáng)有關(guān)。在舉例說(shuō)明氣體溶解度與壓強(qiáng)的關(guān)系時(shí)，教材上用“溶解量”一詞替代了“溶解度”，卻在教材“長(zhǎng)話(huà)短說(shuō)”的結(jié)論部分得到的是氣體“溶解度”與壓強(qiáng)的關(guān)系。大多數(shù)學(xué)生在剛開(kāi)始接觸溶解度概念時(shí)，是無(wú)法真正理解氣體的“溶解度”是在一定研究基準(zhǔn)下氣體的最大“溶解量”，教材在這兩個(gè)概念中來(lái)回切換，會(huì)使學(xué)生的疑惑更深。由上可知，上述三個(gè)版本的化學(xué)教材或在正文部分或在拓展閱讀部分對(duì)氣體的溶解度下了定義，無(wú)一例外，這三個(gè)版本的教材在定義氣體溶解度時(shí)都規(guī)定了“1體積水”和“壓強(qiáng)為101kPa”這兩個(gè)研究基準(zhǔn)。但在舉例說(shuō)明氣體溶解度的影響因素時(shí)，要么忽略“壓強(qiáng)為101kPa”這個(gè)研究基準(zhǔn)，得到壓強(qiáng)減小氣體溶解度隨之減小、壓強(qiáng)增大氣體溶解度隨之增大的結(jié)論，如人教版、科粵版化學(xué)教材;要么將氣體“溶解度”與氣體“溶解量”概念混用，使得學(xué)生疑惑更深，如北京版、科粵版化學(xué)教材;要么舉例晦澀難懂，例子無(wú)法印證結(jié)論，如北京版化學(xué)教材。

2.2滬教版、魯教版教材

滬教版九年級(jí)化學(xué)教材(下冊(cè))第21頁(yè)僅通過(guò)“拓展視野”部分短短幾行字說(shuō)明“影響氣體物質(zhì)溶解度的因素”，教材通篇并未對(duì)氣體溶解度進(jìn)行定義。在說(shuō)明氣體溶解度與壓強(qiáng)的關(guān)系時(shí)，文中這樣說(shuō)明:當(dāng)溫度不變時(shí)，隨著壓強(qiáng)的增大，氣體的溶解度增大;反之，氣體的溶解度隨之減小［5］。并通過(guò)生產(chǎn)汽水時(shí)，增大二氧化碳?xì)怏w的壓強(qiáng)使溶解度增大的例子來(lái)說(shuō)明氣體溶解度與壓強(qiáng)的關(guān)系。魯教版九年級(jí)化學(xué)教材(下冊(cè))僅在教材第38頁(yè)“多一點(diǎn)知識(shí)”部分對(duì)氣體溶解度下了個(gè)簡(jiǎn)單的定義:氣體的溶解度通常用一定壓強(qiáng)、一定溫度下1體積水中最多溶解氣體的體積數(shù)來(lái)表示。簡(jiǎn)略說(shuō)明了氣體溶解度與溫度壓強(qiáng)的關(guān)系:在一定壓強(qiáng)下，溫度越高，氣體的溶解度越小，溫度越低氣體的溶解度越大;在一定溫度下，壓強(qiáng)越大氣體的溶解度越大，壓強(qiáng)越小氣體的溶解度越小［6］。由上可知，這兩個(gè)版本的化學(xué)教材中“氣體溶解度”的知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有出現(xiàn)在正文部分。在對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行處理時(shí)，或未給出具體定義，如滬教版化學(xué)教材;或在定義時(shí)并未選取“壓強(qiáng)為101kPa”這個(gè)研究基準(zhǔn)，如魯教版化學(xué)教材。兩個(gè)版本的化學(xué)教材僅通過(guò)簡(jiǎn)單的舉例或說(shuō)明來(lái)解釋壓強(qiáng)與氣體溶解度的關(guān)系———一定溫度下，壓強(qiáng)越大，氣體的溶解度越大，壓強(qiáng)越小氣體的溶解度越小。這兩個(gè)版本的化學(xué)教材雖然沒(méi)有因?yàn)椤把芯炕鶞?zhǔn)”對(duì)概念理解造成誤解，但在講解氣體溶解度的影響因素時(shí)，沒(méi)有詳盡的實(shí)例支撐，內(nèi)容略顯單薄。

3啟示和建議

物質(zhì)溶于溶劑都有限度，即溶解溶質(zhì)的量(質(zhì)量或體積)有一個(gè)最大量值。這個(gè)最大量值既受溶質(zhì)、溶劑性質(zhì)和質(zhì)量的影響，又受溫度等因素的影響。為了比較不同物質(zhì)的溶解性，需要規(guī)定一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是溶解度［7］。與固體物質(zhì)一樣，氣體物質(zhì)的溶解度其實(shí)也是為了表示氣體最大溶解能力而人為規(guī)定的一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論是在師生普遍認(rèn)知中［8，9］，還是在科學(xué)研究上［10，11］，都認(rèn)為氣體溶解度是受壓強(qiáng)影響的。所以，在定義氣體溶解度時(shí)，只需選取“1體積水”這個(gè)研究基準(zhǔn)，而無(wú)需規(guī)定“壓強(qiáng)為101kPa”這個(gè)研究基準(zhǔn)，魯教版教材在對(duì)“氣體溶解度”的定義上更符合師生的認(rèn)知。同時(shí)，滬教版和魯教版的教材對(duì)“氣體溶解度”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的處理方式不會(huì)讓學(xué)生在今后進(jìn)一步研究“氣體溶解度”時(shí)產(chǎn)生疑惑，這兩個(gè)版本的化學(xué)教材若能有更多實(shí)例來(lái)說(shuō)明氣體溶解度的影響因素，內(nèi)容將更加豐滿(mǎn)，學(xué)生理解得也更加透徹。人教版、北京版、科粵版化學(xué)教材在處理“氣體溶解度的影響因素”時(shí)，舉例更加豐富，內(nèi)容更加詳盡，學(xué)生理解得更加深刻，若在氣體溶解度定義中去掉“壓強(qiáng)為101kPa”這個(gè)研究基準(zhǔn)，后面的舉例和前面的定義會(huì)更加吻合，也無(wú)需用“溶解量”來(lái)代替“溶解度”的概念。值得一說(shuō)的是，北京版化學(xué)教材中的舉例:“20℃，101kPa時(shí)，1體積水中最多可溶解0.031體積氧氣;20℃，壓強(qiáng)增大到2×101kPa時(shí)，最多溶解的體積數(shù)仍然是0.031體積，但后者所溶解的氧氣分子數(shù)卻是前者的2倍。”這部分內(nèi)容涉及到高中知識(shí)，部分學(xué)生會(huì)覺(jué)得難以理解，若在這一部分內(nèi)容的處理上能借鑒人教版化學(xué)教材通過(guò)注釋說(shuō)明(非標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)的體積要換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)的體積)這一方式，既能為部分師生釋疑，又能去掉教材中晦澀難懂的部分，不失為一種更為科學(xué)的處理方法。經(jīng)對(duì)各版本教材取長(zhǎng)補(bǔ)短、互相借鑒后，徹底理解“氣體溶解度”這一知識(shí)點(diǎn)的學(xué)生在碰到類(lèi)似例2的問(wèn)題時(shí)，就可以毫無(wú)懸念選擇A答案了。

作者：任新林 單位：武漢市翠微中學(xué)