“测定NaOH溶液物质的量浓度实验”的教材比较研究
2022-06-08
摘要：三种版本高中化学教材《化学反应原理》在“测定NaOH溶液物质的量浓度实验”的设计上有明显的差异。基于教材比较的视角，对这些差异进行了分析，并由此引发系列疑问，对这些疑问进行讨论，最后得出若干结论和启示。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：酸碱中和滴定；化学实验；教材分析；比较研究
文章编号：1005–6629（2014）2–0011–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
酸碱中和滴定是高中化学课程的重要内容。《普通高中化学课程标准（实验）》“化学反应原理”模块内容标准及活动与探究建议并未提出“测定NaOH溶液物质的量浓度实验”[1]，但三种版本《化学反应原理》教材[2～4]（下文简称：人教版教材、苏教版教材、鲁科版教材）均涉及到了该实验。三种版本教材在该实验的设计上有明显的差异。本文基于教材比较的视角，梳理差异并进行分析，并由此引发系列疑问，对这些疑问进行讨论，最后得出若干结论和启示。
1 各教材实验设计差异及由此引发的疑问
阅读并理解各教材中“测定NaOH溶液物质的量浓度实验”的内容，从设计目的、原理、仪器、药品、实验操作及结果处理等方面进行比较与梳理，结果如表1及表2所示。
对表1、表2进行分析，可以发现三种版本教材在“测定NaOH溶液物质的量浓度实验”的编写、设计上存在差异：
第一，从设计目的看，人教版和苏教版、鲁科版的设计目的“同中有异”、“异中有同”。人教版和苏教版、鲁科版尽管分别采取例题和学生探究实验的不同形式来设计该实验，但是它们的最终目标是一致的，就是让学生能够进一步理解和掌握酸碱中和滴定的原理。但是它们的侧重点又不一样，人教版测重于测量结果的数据处理过程，而苏教版、鲁科版关注到了实验的基本技能、实验的整个过程以及实验结果的数据处理。
第二，从仪器和药品看，人教版和苏教版未明确列出，鲁科版明确列出。但从描述来看，涉及的仪器基本相仿，包括已知浓度或未知浓度的酸、碱溶液，酸式、碱式滴定管，锥形瓶及其他配套仪器等。
第三，从实验操作看：苏教版采用的滴定方法和人教版、鲁科版不同。人教版和鲁科版教材采用已知浓度的HCl溶液来滴定未知浓度的NaOH溶液，而苏教版教材采用未知浓度的NaOH溶液来滴定已知浓度的HCl溶液。
第四，从结果处理看：三种版本实验结果的数据处理有所差异。人教版教材结果处理时先求三次滴定用去HCl溶液体积的平均值，再计算NaOH溶液物质的量浓度；苏教版教材先将两次滴定的结果分别计算NaOH溶液物质的量浓度，再取两次浓度计算结果的平均值作为NaOH溶液物质的量浓度；鲁科版教材先将三次滴定的结果分别计算NaOH溶液物质的量浓度，再取三次浓度计算结果的平均值作为NaOH溶液物质的量浓度。
通过差异分析，发现有几个问题值得进一步讨论：（1）是否有必要设计学生探究实验？（2）是否可用甲基橙溶液作指示剂？（3）用未知浓度的碱来滴定已知浓度的酸是否可行？（4）如何保证测量结果数据处理的合理性？
2 问题讨论与分析
通过查阅相关的文献，对以上四个问题进行如下讨论与分析：
2.1 是否有必要设计学生探究实验
酸碱中和滴定实验涉及到三个主要问题：一是了解酸碱中和滴定的实验基本技能；二是知道酸碱中和滴定的过程；三是掌握酸碱中和滴定的原理，前两个问题是为第三个问题服务的。化学是一门以实验为基础的学科，实验是创设学习情境最重要的手段之一。通过分组动手进行酸碱中和滴定实验，学生可以在真实的化学实验中体验酸碱中和滴定的整个过程，可以真实地观察到酸碱中和滴定终点时颜色的突变，可以通过自己的操作得到测量的数据，并根据测量数据进行结果处理，这些都会极大地激发学生学习的兴趣和动机。酸碱中和滴定的整个过程在学生看来就显得更为真实，有助于学生更好地理解和掌握酸碱中和滴定的原理。因此，在实际教学中，教师应尽可能创造条件让学生进行分组探究实验，并通过实验让学生真正理解和掌握酸碱中和滴定的原理。
2.2 是否可用甲基橙溶液作指示剂
人教版教材未指明所使用的指示剂，苏教版在实验操作步骤中体现出所使用的指示剂是酚酞试液，而鲁科版明确列出了可选用的指示剂有酚酞试液和甲基橙溶液。而在实际操作中，鲁科版选用了酚酞试液，未选用甲基橙溶液。那么，是否可用甲基橙溶液作为指示剂呢？
从理论上来讲，一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）完全反应时的pH应为7，滴定时应选用在pH=7时变色的指示剂。石蕊、酚酞和甲基橙溶液是实验室常用的酸碱指示剂。在中和滴定中，由于石蕊溶液颜色的突变不明显，很少被选用。考虑到酚酞溶液的变色pH范围（8.2～10.0）和甲基橙溶液的变色pH范围（3.1～4.4），可知酚酞溶液和甲基橙溶液在一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）的酸碱中和滴定过程中均可以作为指示剂。然而，由于酚酞溶液的变色pH范围比甲基橙溶液的变色pH范围更靠近一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）完全反应时的pH即7。因此，虽然酚酞溶液和甲基橙溶液均可作为一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）的指示剂，但选用酚酞溶液作为指示剂可使误差更小。
2.3 采用未知浓度的碱来滴定已知浓度的酸是否可行
查阅三种版本教材发现对于酸碱中和滴定均提到：用已知浓度的酸（或碱）来滴定（或测定）未知浓度的碱（或酸）。对于这句话不能过于刻板地认识和理解成一定要将未知浓度的碱（或酸）注入锥形瓶作为被滴定液，一定要将已知浓度的酸（或碱）注入酸式滴定管（或碱式滴定管）作为滴定液。在实际操作中用未知浓度液体来滴定已知浓度液体从而测定未知浓度液体浓度的方法是很常见的。比如，在标准酸溶液或碱溶液配制和标定过程中，通常都是用未知准确浓度的待标定的标准酸或碱溶液来滴定基准物质的溶液。在高等教育出版社出版的《分析化学实验（第二版）》[5]教材中“几种常用标准溶液的配制与标定”介绍了0.1 mol·L-1 NaOH溶液的配制和标定：通常可用邻苯二甲酸氢钾作为基准物质，准确称取邻苯二甲酸氢钾三份，每份约0.4～0.5 g，分别放在250 mL锥形瓶中，加入50 mL温热水溶解，冷却后加2滴酚酞溶液作指示剂，用NaOH溶液滴定至溶液刚好由无色呈现粉红色，并保持30 s不褪色，记下所消耗的NaOH溶液体积，计算NaOH溶液浓度。在苏教版《实验化学》教材[6]拓展课题6-1“配制并标定氢氧化钠溶液”中介绍了这种方法。因此，采用未知浓度的碱来滴定已知浓度的酸的方法是可行的，在教学过程中切不可简单理解并机械执行教材的表述与要求。 2.4 如何保证测量结果数据处理的合理性
各教材对测量结果的数据处理方法有所差异，是否三种教材对测量结果的数据处理都是合理的？如何来保证测量结果的数据处理的合理性？仔细分析，发现苏教版和鲁科版教材测量结果数据的处理方法实质上是一样的，只是实验操作过程中，苏教版教材只要求做两次平行实验，鲁科版做了三次平行实验。在实际操作
综上分析，在用已知浓度的酸（或碱）滴定未知浓度的碱（或酸）过程中，如果多次所取的待测液的体积都是相等的，那么先求体积平均值再求浓度或者先求浓度再取浓度平均值均是合理的；除此之外，应该采取先求浓度再取浓度平均值的方法。
3 结论和启示
通过比较、分析和讨论，可以得到几个主要的结论：
第一，苏教版、鲁科版设计学生探究实验有利于让学生在真实的化学实验情境中进一步深入地理解和掌握酸碱中和滴定的原理，教师教学过程中应该尽可能地创造条件让学生通过实验来落实教学目标。
第二，一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）过程中酚酞溶液和甲基橙溶液均可作为指示剂；
第三，不能过于刻板地去认识和理解酸碱中和滴定，苏教版采用未知浓度的碱来滴定已知浓度的酸的方法是可行的；
第三，在用已知浓度的酸（或碱）滴定未知浓度的碱（或酸）过程中，如果多次所取的待测液的体积都是相等的，那么先求体积平均值再求浓度或者先求浓度再取浓度平均值均是合理的；除此之外，应该采取先求浓度再取浓度平均值的方法。
课程改革以后，实行“一纲多本”，不同的教材由于编写者的编写思路和对课程标准的认识和理解不尽相同，对于同一内容的编写存在一些差异是正常的。教师在教学实践过程中，经常将三种版本教材结合起来使用，由于不同版本教材编写的差异不免会产生一些疑问。中学化学教师可以按照以下研究思路进行研究，以解决困惑：（1）明确研究目的。首先要理清研究的背景和明确研究的目的，确定研究的方向；（2）比较不同版本教材、挖掘共同点和差异点，并针对共同点和差异点提出需要加以讨论的问题；（3）通过查阅相关的文献资料，对这些问题加以讨论和解释；（4）提炼总结，得到研究的结论，形成解决问题的方案。教师通过这类型的研究，可以加深自己对课程标准和教材的理解，能够把握住教学的关键，提升自身的教研和教学能力。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.
[2]宋心琦主编.普通高中化学课程标准实验教科书·化学反应原理[M].北京：人民教育出版社，2007.
[3]王祖浩主编.普通高中化学课程标准实验教科书·化学反应原理[M].南京：江苏教育出版社，2008.
[4]王磊主编.普通高中化学课程标准实验教科书·化学反应原理[M].济南：山东科学技术出版社，2008.
[5]高职高专化学教材编写组.分析化学实验[M].北京：高等教育出版社，2000：31～32.
[6]王祖浩主编.普通高中化学课程标准实验教科书·实验化学[M].南京：江苏教育出版社，2009.
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关键词：酸碱中和滴定；化学实验；教材分析；比较研究
文章编号：1005–6629（2014）2–0011–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
酸碱中和滴定是高中化学课程的重要内容。《普通高中化学课程标准（实验）》“化学反应原理”模块内容标准及活动与探究建议并未提出“测定NaOH溶液物质的量浓度实验”[1]，但三种版本《化学反应原理》教材[2～4]（下文简称：人教版教材、苏教版教材、鲁科版教材）均涉及到了该实验。三种版本教材在该实验的设计上有明显的差异。本文基于教材比较的视角，梳理差异并进行分析，并由此引发系列疑问，对这些疑问进行讨论，最后得出若干结论和启示。
1 各教材实验设计差异及由此引发的疑问
阅读并理解各教材中“测定NaOH溶液物质的量浓度实验”的内容，从设计目的、原理、仪器、药品、实验操作及结果处理等方面进行比较与梳理，结果如表1及表2所示。
对表1、表2进行分析，可以发现三种版本教材在“测定NaOH溶液物质的量浓度实验”的编写、设计上存在差异：
第一，从设计目的看，人教版和苏教版、鲁科版的设计目的“同中有异”、“异中有同”。人教版和苏教版、鲁科版尽管分别采取例题和学生探究实验的不同形式来设计该实验，但是它们的最终目标是一致的，就是让学生能够进一步理解和掌握酸碱中和滴定的原理。但是它们的侧重点又不一样，人教版测重于测量结果的数据处理过程，而苏教版、鲁科版关注到了实验的基本技能、实验的整个过程以及实验结果的数据处理。
第二，从仪器和药品看，人教版和苏教版未明确列出，鲁科版明确列出。但从描述来看，涉及的仪器基本相仿，包括已知浓度或未知浓度的酸、碱溶液，酸式、碱式滴定管，锥形瓶及其他配套仪器等。
第三，从实验操作看：苏教版采用的滴定方法和人教版、鲁科版不同。人教版和鲁科版教材采用已知浓度的HCl溶液来滴定未知浓度的NaOH溶液，而苏教版教材采用未知浓度的NaOH溶液来滴定已知浓度的HCl溶液。
第四，从结果处理看：三种版本实验结果的数据处理有所差异。人教版教材结果处理时先求三次滴定用去HCl溶液体积的平均值，再计算NaOH溶液物质的量浓度；苏教版教材先将两次滴定的结果分别计算NaOH溶液物质的量浓度，再取两次浓度计算结果的平均值作为NaOH溶液物质的量浓度；鲁科版教材先将三次滴定的结果分别计算NaOH溶液物质的量浓度，再取三次浓度计算结果的平均值作为NaOH溶液物质的量浓度。
通过差异分析，发现有几个问题值得进一步讨论：（1）是否有必要设计学生探究实验？（2）是否可用甲基橙溶液作指示剂？（3）用未知浓度的碱来滴定已知浓度的酸是否可行？（4）如何保证测量结果数据处理的合理性？
2 问题讨论与分析
通过查阅相关的文献，对以上四个问题进行如下讨论与分析：
2.1 是否有必要设计学生探究实验
酸碱中和滴定实验涉及到三个主要问题：一是了解酸碱中和滴定的实验基本技能；二是知道酸碱中和滴定的过程；三是掌握酸碱中和滴定的原理，前两个问题是为第三个问题服务的。化学是一门以实验为基础的学科，实验是创设学习情境最重要的手段之一。通过分组动手进行酸碱中和滴定实验，学生可以在真实的化学实验中体验酸碱中和滴定的整个过程，可以真实地观察到酸碱中和滴定终点时颜色的突变，可以通过自己的操作得到测量的数据，并根据测量数据进行结果处理，这些都会极大地激发学生学习的兴趣和动机。酸碱中和滴定的整个过程在学生看来就显得更为真实，有助于学生更好地理解和掌握酸碱中和滴定的原理。因此，在实际教学中，教师应尽可能创造条件让学生进行分组探究实验，并通过实验让学生真正理解和掌握酸碱中和滴定的原理。
2.2 是否可用甲基橙溶液作指示剂
人教版教材未指明所使用的指示剂，苏教版在实验操作步骤中体现出所使用的指示剂是酚酞试液，而鲁科版明确列出了可选用的指示剂有酚酞试液和甲基橙溶液。而在实际操作中，鲁科版选用了酚酞试液，未选用甲基橙溶液。那么，是否可用甲基橙溶液作为指示剂呢？
从理论上来讲，一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）完全反应时的pH应为7，滴定时应选用在pH=7时变色的指示剂。石蕊、酚酞和甲基橙溶液是实验室常用的酸碱指示剂。在中和滴定中，由于石蕊溶液颜色的突变不明显，很少被选用。考虑到酚酞溶液的变色pH范围（8.2～10.0）和甲基橙溶液的变色pH范围（3.1～4.4），可知酚酞溶液和甲基橙溶液在一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）的酸碱中和滴定过程中均可以作为指示剂。然而，由于酚酞溶液的变色pH范围比甲基橙溶液的变色pH范围更靠近一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）完全反应时的pH即7。因此，虽然酚酞溶液和甲基橙溶液均可作为一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）的指示剂，但选用酚酞溶液作为指示剂可使误差更小。
2.3 采用未知浓度的碱来滴定已知浓度的酸是否可行
查阅三种版本教材发现对于酸碱中和滴定均提到：用已知浓度的酸（或碱）来滴定（或测定）未知浓度的碱（或酸）。对于这句话不能过于刻板地认识和理解成一定要将未知浓度的碱（或酸）注入锥形瓶作为被滴定液，一定要将已知浓度的酸（或碱）注入酸式滴定管（或碱式滴定管）作为滴定液。在实际操作中用未知浓度液体来滴定已知浓度液体从而测定未知浓度液体浓度的方法是很常见的。比如，在标准酸溶液或碱溶液配制和标定过程中，通常都是用未知准确浓度的待标定的标准酸或碱溶液来滴定基准物质的溶液。在高等教育出版社出版的《分析化学实验（第二版）》[5]教材中“几种常用标准溶液的配制与标定”介绍了0.1 mol·L-1 NaOH溶液的配制和标定：通常可用邻苯二甲酸氢钾作为基准物质，准确称取邻苯二甲酸氢钾三份，每份约0.4～0.5 g，分别放在250 mL锥形瓶中，加入50 mL温热水溶解，冷却后加2滴酚酞溶液作指示剂，用NaOH溶液滴定至溶液刚好由无色呈现粉红色，并保持30 s不褪色，记下所消耗的NaOH溶液体积，计算NaOH溶液浓度。在苏教版《实验化学》教材[6]拓展课题6-1“配制并标定氢氧化钠溶液”中介绍了这种方法。因此，采用未知浓度的碱来滴定已知浓度的酸的方法是可行的，在教学过程中切不可简单理解并机械执行教材的表述与要求。 2.4 如何保证测量结果数据处理的合理性
各教材对测量结果的数据处理方法有所差异，是否三种教材对测量结果的数据处理都是合理的？如何来保证测量结果的数据处理的合理性？仔细分析，发现苏教版和鲁科版教材测量结果数据的处理方法实质上是一样的，只是实验操作过程中，苏教版教材只要求做两次平行实验，鲁科版做了三次平行实验。在实际操作
综上分析，在用已知浓度的酸（或碱）滴定未知浓度的碱（或酸）过程中，如果多次所取的待测液的体积都是相等的，那么先求体积平均值再求浓度或者先求浓度再取浓度平均值均是合理的；除此之外，应该采取先求浓度再取浓度平均值的方法。
3 结论和启示
通过比较、分析和讨论，可以得到几个主要的结论：
第一，苏教版、鲁科版设计学生探究实验有利于让学生在真实的化学实验情境中进一步深入地理解和掌握酸碱中和滴定的原理，教师教学过程中应该尽可能地创造条件让学生通过实验来落实教学目标。
第二，一元强酸（或一元强碱）滴定一元强碱（或一元强酸）过程中酚酞溶液和甲基橙溶液均可作为指示剂；
第三，不能过于刻板地去认识和理解酸碱中和滴定，苏教版采用未知浓度的碱来滴定已知浓度的酸的方法是可行的；
第三，在用已知浓度的酸（或碱）滴定未知浓度的碱（或酸）过程中，如果多次所取的待测液的体积都是相等的，那么先求体积平均值再求浓度或者先求浓度再取浓度平均值均是合理的；除此之外，应该采取先求浓度再取浓度平均值的方法。
课程改革以后，实行“一纲多本”，不同的教材由于编写者的编写思路和对课程标准的认识和理解不尽相同，对于同一内容的编写存在一些差异是正常的。教师在教学实践过程中，经常将三种版本教材结合起来使用，由于不同版本教材编写的差异不免会产生一些疑问。中学化学教师可以按照以下研究思路进行研究，以解决困惑：（1）明确研究目的。首先要理清研究的背景和明确研究的目的，确定研究的方向；（2）比较不同版本教材、挖掘共同点和差异点，并针对共同点和差异点提出需要加以讨论的问题；（3）通过查阅相关的文献资料，对这些问题加以讨论和解释；（4）提炼总结，得到研究的结论，形成解决问题的方案。教师通过这类型的研究，可以加深自己对课程标准和教材的理解，能够把握住教学的关键，提升自身的教研和教学能力。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.
[2]宋心琦主编.普通高中化学课程标准实验教科书·化学反应原理[M].北京：人民教育出版社，2007.
[3]王祖浩主编.普通高中化学课程标准实验教科书·化学反应原理[M].南京：江苏教育出版社，2008.
[4]王磊主编.普通高中化学课程标准实验教科书·化学反应原理[M].济南：山东科学技术出版社，2008.
[5]高职高专化学教材编写组.分析化学实验[M].北京：高等教育出版社，2000：31～32.
[6]王祖浩主编.普通高中化学课程标准实验教科书·实验化学[M].南京：江苏教育出版社，2009.