試誤建構在分析化學的運用

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1試誤，建構“量”的概念

在分析化學中“量”的認識、理解、建構非常重要。定量分析中的各種測量，如質量稱量、溶液體積量取、吸光度讀數等總存在誤差。為了加深學生對“量”的認識與理解，先讓學生在“量”的摸索中尋求正確的“量”，從而讓學生建構關系到測量數據的準確性、實驗操作的嚴謹性、計算結果的正確性等方面的理論知識、操作技能和科學態度等“量”的概念[2]。任務：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，準備滴定。試誤：學生憑以往量取經驗，兩個體積均以量筒量取，并沒有發現兩個“量”的區別。建構：(1)有效數的概念。25.00mL與25mL的有效數分別是4位和2位，兩個數據的意義完全不一樣，關乎實驗的準確度。(2)容器的準確度概念。要量取25.00mL溶液要用到移液管或滴定管，用量筒達不到準確度的要求，量筒只能量到0.1mL。不同的量具有不同的準確度。因此根據實驗準確度要求，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”的適當準確“量”的概念，實現準確度與效率的結合。(3)誤差的概念。兩者相比，用移液管移的體積誤差小，準確度高；用量筒量的體積誤差大，準確度小。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、溶液定量轉移等，均要讓學生建立好量的概念，當然均可讓學生在概念模糊中、操作錯誤中摸索形成正確的“量”。

2試誤，建構“度”的意識

量變到一定程度引起質變，質變就是超過量的一定的“度”而產生的。在分析化學中存在很多這方面的例子，比如滴定時顏色突變、pH突躍、分光度法中的最大吸收波長、利用標準工作曲線測定樣品含量時，要求吸光度在0.2~0.8范圍內等等，均需要學生建立“度”的意識。當然學生在建立“度”的過程，也是從不理解到理解、錯誤操作到正確操作的不斷螺旋上升，達到正確理解“度”的高度的過程。任務：以鄰苯二甲酸氫鉀作為基準物，酚酞為指示劑，對NaOH標準溶液的標定。考查學生的滴定操作及終點判斷。試誤：同學們滴定速度過快或過慢；終點顏色過深或剛到有粉紅色，沒有等待30秒是否褪色就判斷到了終點；沒有半滴操作；平行結果參差不齊。建構：(1)滴定速度及半滴操作。滴定開始時滴定速度“見滴成線”，接近終點時，逐滴滴加，即將到終點時半滴操作；(2)終點判斷方法：一是在臨近終點時溶液變得清亮，二是滴入的堿液會局部呈現紅色，但振蕩后紅色消失，這時要半滴操作，直至淺粉紅色出現，30s后不褪色，即為終點。(3)顏色突變是表征，pH“度”的突變是本質。滴定劑的加入量不足0.1%到過量0.1%，會引起溶液pH產生一個突躍，而0.1%往往只有半滴的試劑，因此不能認為一滴、半滴可忽略不計。

3試誤，建構“理”的形成

在前面所說的半滴操作對滴定分析的重要性，學生在錯誤感知中，發現滴定終點有不同顏色變化，為什么有突變？學生自然而然想探究現象背后的本質，也就是終點顏色突變背后隱藏了什么道理。逐步培養學生形成分析化學中的“理”的內涵。任務：若以NaOH溶液加入量為橫坐標，對應溶液的pH為縱坐標，繪制關系曲線，則如圖1所示的滴定曲線，由圖分析得出，滴定開始時溶液中存在較多的HCl，pH的升高逐漸加快。在化學計量點前后，NaOH溶液由不足0.02mL到過量0.02mL，總計不過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pH單位，形成滴定曲線的“突躍”。根據滴定突躍曲線，選擇指示劑及用量。試誤：學生選擇不同的指示劑，如酚酞、甲基橙、甲基紅等，出現不同的終點顏色，讀出不同的終點滴定讀數，出現不同的標定結果和誤差。有的學生以為指示劑加得越多顏色變化越明顯，加了過量的指示劑等。建構：(1)滴定突變與pH的關系。如對于強堿與強酸的滴定，其突躍范圍的大小隨標準溶液和被測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，可供選擇指示劑越小；(2)指示劑選擇的依據。指示劑的選擇是有據可依、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。凡在突躍范圍內能發生顏色改變的指示劑，都可用來指示滴定終點。從這一原則看，強堿滴定強酸可選用酚酞、甲基橙、甲基紅等作指示劑，但還要兼顧指示劑的變色點盡量靠近化學計量點這個原則，以及考慮人的視覺對顏色的敏感性。因此，對強堿滴定強酸時，常選用酚酞作指示劑。(3)指示劑用量。指示劑的用量，直接影響滴定的準確度，在酸堿滴定中，指示劑本身是弱酸或弱堿，多加會消耗一些滴定劑，從而引起誤差。通常被滴定試液為20~30mL時，指示劑用量為1~4滴，并不是加得越多越好。教學中有意識地引導學生“嘗試錯誤”，讓學生經受失誤的教訓，促使學生積極參與并探索出知識的構建過程，凝聚于分析化學中的“量”“度”“理”的知識與道理才能轉化為學生個體的能力。正如科學家波普爾所說“錯誤中往往孕育著比正確更豐富的發現和創造因素，發現的方法就是主要的方法”[3]。因此，在“嘗試錯誤”的過程中，引導學生全方位、多角度思考，使學生思考方法不斷優化，學會合理地調整思維方向，提高分析思維的準確性和靈活性，從而成長為一名出色的分析工。

本文作者：龐永炎工作單位：李偉強職業技術學校