数据处理是一把双刃剑——例谈定量化学实验数据的加工处理策略

孙 晶

山东

实验所得的数据，可分为有用、有效数据，正确、合理数据，错误、无效数据及无用、多余数据等。能从大量的实验数据中找出有用、有效、正确、合理的数据是实验数据分析处理题的一个重要能力，也是考试制胜的关键点。所谓的实验化学的要塞之地，也是实验数据的处理融通能力，也是近年来高考命题变化的一个重要方向。所以说实验数据处理是一把双刃剑，所谓成也萧何败也萧何，就是这个道理。

一、对实验数据筛选的一般方法和思路为“五看”

一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精度为0.1 g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的。

二看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去。

三看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用。

四看所得数据的测定环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算。

五看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。

实验中表格型试题的解题要点在于通过审题，获取有用信息，然后对表格中数据进行比较分析，依据物质的性质、变化规律进行解答。直角坐标系类试题的解题要点在于解题时要求学生首先弄清楚自变量和因变量到底是什么，注意理解起点、终点、转折点的含义。然后根据所学知识分析概念、图象、数值三者之间的关系。

二、典例追踪示范

题型1.考查实验数据的筛选与取舍

例1．某样品是由碳酸钠与氯化钠组成的固体混合物，现欲测定样品中碳酸钠的质量分数。某同学称取10.00 g样品，配成1 000 mL溶液，用________(填仪器名称)量取25.00 mL放入锥形瓶中，加入甲基橙作指示剂，用0.150 0 mol·L-1标准盐酸溶液滴定至终点，平行测定三次，有关实验数据记录如下表，则样品中碳酸钠的质量分数为________。

实验编号待测液体积(mL)标准液体积(mL)滴定前读数终点时读数125.000.0030.02225.000.2033.80325.001.4031.38

【答案】碱式滴定管(或25 mL移液管) 95.40%

题型2.考查实验数据的合理组合

例2.现有一份CuO和Cu2O的混合物，用H2还原法测定其中的CuO质量xg，实验中可以测定以下数据：①W：混合物的质量(g);②W(H2O)：生成水的质量(g);③W(Cu)：生成Cu的质量(g);④V(H2)：标准状况下消耗H2的体积(L)。

(已知摩尔质量Cu：64 g·mol-1、CuO：80 g·mol-1、Cu2O：144 g·mol-1、H2O：18 g·mol-1)

(1)为了计算x至少需要测定上述4个数据中的____个，这几个数据的组合共有________种。请将这些组合一一填入下列空格中。

说明：①选用W、W(H2O)、W(Cu)、V(H2)表示，不必列出具体算式。

②每个空格中填一种组合，有几种组合就填几种，不必填满。

(2)从上述组合中选出一个含W数据的求x的计算式：__________。

(3)以上数据组合中易于取得的一组是____________________。

【解析】本题是考查学生根据实验试题的要求，设计实验方案的能力及数据处理能力，而且本题是数学知识与化学结合的一个题目。本题想解决的是CuO和Cu2O二元混合物的质量组成，要通过列二元一次方程组的方法求解，所以需要获得两个数据。将题中所给数据进行排列组合，有下列6种组合。

W、W(H2O)W、W(Cu)W、V(H2)W(H2O)、W(Cu)W(H2O)、V(H2)W(Cu)、V(H2)

在6种组合中不难看出V(H2)、W(H2O)一组不能成立，因为这一组仅与氧元素有关而与铜元素无关，不能形成两个有效的二元一次方程，无法求出CuO和Cu2O的量，所以实际只有5组数据组合是合理的。但在这5种组合中，结合氢气要过量的特点，V(H2)这一数据在获得上有一定的困难。测W(H2O)易受空气中的水及CO2的干扰，并且装置复杂，数据合理，但不简易。W及W(Cu)在获取上是最容易且可靠的。

【答案】(1)2 5

W、W(H2O)W、W(Cu)W、V(H2)W(H2O)、W(Cu)W(Cu)、V(H2)

(3)W和W(Cu)

题型3.考查数据的图象化能力

图象化是用直线图或曲线图对化学实验结果加以处理的一种简明化形式。它适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。图象化的最大特点是鲜明、直观、简单、明了。

例3.碘在科研与生活中有重要应用。某兴趣小组用0.50 mol·L-1KI、0.2%淀粉溶液、0.20 mol·L-1K2S2O8、0.10 mol·L-1Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。

(2)为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：

实验序号体积V/mLK2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液①10.00.04.04.02.0②9.01.04.04.02.0③8.0Vx4.04.02.0

表中Vx=____________________，理由是____________________。

【解析】解答本题时，要围绕实验目的(探究反应条件对化学反应速率的影响)进行分析与处理。

(2)实验的目的是探究K2S2O8溶液的浓度对化学反应速率的影响，故应保证每组实验中其他物质的浓度相等，即溶液的总体积相等(即为20.0 mL)，从而可知Vx=2.0。

【答案】(1)Na2S2O3<2

(2)2.0 保证反应物K2S2O8的浓度改变，而其他物质的浓度不变

(3)如图所示

题型4.考查表格化数据的处理能力

项目实验编号 项目1项目2项目3项目4…123

(1)根据实验原理确定应记录的项目：所测的物理量。

(2)应注意数据的有效数字及单位和必要的注释。

(3)设计的表格要便于数据的查找、比较，便于数据的计算和进一步处理，便于反映数据间的联系。

例4.目前流行的关于生命起源假设的理论认为，生命起源于约40亿年前的古洋底的热液环境，这种环境系统中普遍存在铁硫簇结构，如Fe2S2、Fe4S4、Fe8S7等，这些铁硫簇结构参与了生命起源的相关反应。某化学兴趣小组在研究某铁硫簇结构的组成时，设计了下列实验。

【实验Ⅰ】确定硫的质量：

按图连接装置，检查好装置的气密性后，在硬质玻璃管A中放入1.0 g铁硫簇结构(含有部分不反应的杂质)，在试管B中加入50 mL 0.100 mol·L-1的酸性KMnO4溶液，在试管C中加入品红溶液。通入空气并加热，发现固体逐渐转变为红棕色。待固体完全转化后，将B中溶液转移至250 mL容量瓶，洗涤试管B后定容。取25.00 mL该溶液用0.01 mol·L-1的草酸(H2C2O4)溶液滴定剩余的KMnO4。记录数据如下：

滴定次数待测溶液体积/mL草酸溶液体积/mL滴定前刻度滴定后刻度125.001.5023.70225.001.0226.03325.000.0024.99

【实验Ⅱ】确定铁的质量：

将实验Ⅰ硬质玻璃管A中的残留固体加入稀盐酸中，充分搅拌后过滤，在滤液中加入足量的NaOH溶液，过滤后取滤渣，经充分灼烧得0.6 g固体。

试回答下列问题：

(1)判断滴定终点的方法是_______________________。

(2)试管C中品红溶液的作用是_______________________。

有同学提出，撤去C装置对实验没有影响，你的看法是________(选填“同意”或“不同意”)，理由是____________________。

(3)根据实验Ⅰ和实验Ⅱ中的数据可确定该铁硫簇结构的化学式为____________________。

【问题探究】滴定过程中，细心的同学发现该KMnO4溶液颜色褪去的速率较平常滴定时要快得多。为研究速率加快的原因，该同学继续进行了下列实验，实验数据如下表：

编号温度/℃酸化的H2C2O4溶液/mLKMnO4溶液/mL溶液褪色时间/s1255.02.0402255.0(另加少量可溶于水的MnSO4粉末)2.043605.02.025

(4)分析上述数据，滴定过程中反应速率加快的一种可能原因是____________________。

【答案】(1)当滴入最后一滴草酸溶液时，锥形瓶中溶液由浅红色变为无色，且半分钟内不变化

(2)验证SO2是否被酸性KMnO4溶液完全吸收 同意 当B中溶液颜色不变化，即可证明SO2已被酸性KMnO4溶液完全吸收

(3)Fe3S4