用好教科新书规范量值运算

1用好教科新书规范量值运算张新平＊任繁荣邱凡(武汉市新洲区第一中学武汉新洲430400)摘要新教科书不同于旧教科书最显著的特点之一，是在中学化学计算中引入了量值及量方程式。本文试从量值、量方程式的基本使用规则着手，谈谈如何领悟、把握好新教科书的这一特点，以规范中学化学计算，达到提高学生化学计算能力的目的。关键词量值量方程式使用规则新教科书[1]（指经全国中小学教材审定委员会2002年审查通过的全日制普通高级中学教科书）《化学》（必修）第一册第三章，引入了一个新的物理量---物质的量及相关量值。有关物质的量等量值的运算，贯穿于中学化学计算的始终。而在实际教学过程中，不仅学生、还有教师（因受旧教材影响）在量值运算的规范上经常出错。因此如何用好新教科书，规范物质的量等量值的运算，就显得特别重要。以下就根据教学实践，谈谈有关物质的量等量值、量方程式等的使用规则。1量和单位的使用规则量和单位的使用规则中与中学化学关系较密切的主要有以下几条[2]：1.1作为数值和单位的乘积的物理量(即量值)，与单位的选择无关。例如质量m，它的单位的选择是任意的，可以选用SI单位kg，也可选用其他单位如mg、g、t等。1.2单位的名称极其简称可用于口述，也可用于叙述性文字中。单位名称的简称，亦可用作该单位的中文符号，如摩尔简称“摩”。根据国标规定，中文符号只在小学、初中教科书和普通书刊中有必要时使用。因此，高中化学书写中不能使用中文符号，只能使用单位符号如mol、mol/L等。1.3当用单位相除的方法构成组合单位时,有时需加括号以避免混淆,如J/(mol·K),且单位符号中的斜线(/)不得超过一条.在复杂的情况下,也可以使用负指数,如J·mol-1·K-1、g·cm-3、mol·L-1。量方程式的表达也一样,如:1.4在我国数字之间的相乘用“×”,符号之间的相乘用居中圆点“·”(或在不引起混淆时省去圆点)。c=ρ·ωM=ρω/M=ρωM-121.5表示量值时,单位符号应当置于数值之后,数值与单位符号间要留一空隙。1.6如所表示的量为量的和或差,则应当加圆括号将数值组合,置共同的单位符号于全部数值之后或写成各个量的和或差。1.7用量和单位的比值作为特定单位来表示量的数值，例如，用千克(kg)作为质量(m)的单位表示质量为2.5kg，可用下列方式表示：m/kg=2.5。(该表达多用于图表中,如下所附表图。)附1.表格:附2.图象:向澄清的石灰水中通人二氧化碳。2量方程式的使用规则2.1常见量方程式的使用规则2.1.1中学化学中的M=m/n、ρ=m/V、V=Vm·n等都是量方程式。量方程式中的物理量符号代表量值（即数值×单位），其优点是与所选用的单位无关。因此，将量方程式M=m/n表示为：则是不正确的，原因是将物理量符号和其单位符号混淆，且该量方程式限制了单位的选择。又如下述量方程式：同样也是不正确的，正确的量方程式应为：c=n/V。2.1.2中学化学中遇到的计算一般是量值计算。因而都应该先列出量方程式，然后将相应的量值（数值×单位）代入量方程式中进行计算。如果仅仅代入数值计算或在整个计算过程中都不带单位，只是在最后所得数值后加上带括号的单位都是不符合国标规定的。例如，计算49gH2SO4相当于多少molH2SO4的规范格式为：质量（g）摩尔质量（g/mol）=物质的量（mol）溶质的物质的量（mol）物质的量浓度（mol/L）=溶液的体积（L）n(H2SO4)=m(H2SO4)M(H2SO4)==49g98g·mol-10.5mol3再如，计算9.8gH3PO4中含有的分子数目的规范格式为：N（H3PO4）=n(H3PO4)·NA=0.1mol×6.02×1023mol-1=6.02×1022其他量方程式应用正误列表如下：正确错误M=ρ·VmM=ρ·22.4M=ρ·22.4L/mol（标准状况）M=ρ·22.4M=22.4L·mol-1ρM=ρ(g/L)·22.4L/molM=22.4L/molρc=ρ·ω/Mc=1000ρ·ω/Mc(B)=n(B)/V[B(aq)]c(B)=n(B)/V(B)cB=nB/V2.2常见物理量符号(量值)应用规则列表如下[3]：B—为纯物质或溶质正确错误nn(B)（只有）如n(O2)n[B(aq)]（没有）mm(B)—物质B的质量m[B(aq)]物质B的溶液质量溶质、溶液混淆MM（B）（只有）M[B（aq）]（没有）Mr相对分子质量，单位为1M(B)与Mr(B)在符号Ar相对原子质量，单位为1和单位上容易混淆NN（B）--B粒子集体所含粒子数单位是1，而不用‘个’NANA---阿伏加德罗常教单位是mol-1，而不用‘个/mol’VVm—气体摩尔体积单位和符号易混淆V(B)—物质B的体积V[B(aq)]--物质B的溶液体积ρρ（B）--物质B的密度单位和符号易混淆ρ[B(aq)]--物质B溶液的密度cc(B)—溶质B的物质的量浓度没有c[B(aq)]n(H3PO4)=m(H3PO4)M(H3PO4)=98g·mol-19.8g=0.1mol4ωω(B)--溶质B的质量分数没有ω[B(aq)]υυ—化学方程式中的化学计量数υ与V易混淆2.3其他可能用到的物理量符号：物理量符号单位符号热力学温度TK时间td、h、min、s压强PPaB的体积分数φ(B)1B的物质的量的分数χ(B)1摄氏温度t℃3其他值得改进的量值等问题3.1新教科书《化学》（必修）第一册第60页的例题5,解答不规范。摘录如下:“=0.021L=21mL”，应为：0.021L×103mL/L=21mL。3.2新教科书《化学》（必修）第一册第62页的复习题中,删去了试验本上的一道好题（好在设置规范）。原题如下:体积为V,密度为ρ的某溶液中,含有摩尔质量为M的溶质的质量是m。若此溶液中溶质的物质的量浓度为c,溶质的质量分数为ω,则下列各表达式中,正确的是(AD)A.B.C.D.但却保留了第60页6、7两类似题、以及第157页的11题，是避免重复吗？3.3新教科书《化学》（必修）第一册第63页的复习题中的第四题5小题,设置规范,堪为范例(题略)。而一些资料在量值的设置上则极不规范,常给学生以误导。立此存照:某溶液中溶质的摩尔质量为Mg·mol-1,密度为ρg·cm-3,溶质的质量分数为ω,物质的量浓度为cmol·L-1。取VmL此溶液,其中含有mg溶质。……不规范就在于:量值符号与数值符号混为一谈。3.4新教科书《化学》（必修）第一册第44页给阿伏加德罗常数所下定义不妥，原因是所下定义把阿伏加德罗常数由一个单位不为1的量值一下变为单位为1的数值，而与同书中NA≈6.02×1023mol－1相背；相应的教师用书[4]上对阿伏c=ρ·ωMρ·Mc=ωMc=m·Vc=mM·V5加德罗常数这一量值作了更明确的说明，其表述是：物理量名称符号SI单位数值阿伏加德罗常数NA6.0221367×1023mol－1因此，有人[5]建议给阿伏加德罗常数定义为：单位物质的量的任何粒子的粒子数就是阿伏加德罗常数，恰好与量方程式n=N/NA对应，更为准确。3.5高考[6]化学题中,量值的应用不规范，当数阿伏加德罗常数---NA的应用,举例如下:例：（2003年高考3+2模式新课程卷第14题）设NA表示阿伏加德罗常教，下列叙述中正确的是（）A.常温常压下，11.2L氧气所含的原子数为NAB.1.8g的NH4+离子中含有的电子数为NAC.常温常压下，48gO3含有的氧原子数为3NAD.2.4g金属镁变为镁离子时失去的电子数为0.1NA诸如此种传统型高考题，倍受命题者的青睐。如，2003年高考3+2模式旧课程卷的第14题、2003年上海高考卷第3题（题均略）、2004年上海高考卷19题、2004年高考理科综合试题（北京卷）第9题等，由此可见一般。此皆因这种题型所涉及的考查容量较大，如此一小题可涉及以物质的量为中心的各种换算（计算能力），以及物质的组成、结构、性质等多方位的考查。且选项设置灵活多变，因此，该题型虽说传统，但常出常新、常考常异。上例作为新课程试卷题，标答是B、C。但NA作为一个量值（即已是一个专用符号），该题设置上是有问题的。要设置阿伏加德罗常数的数值应选择其他不易混淆的符号更妥。或对题目作如下更正，就符合新教科书的要求了。如[题]下列叙述中正确的是：A.常温常压下，11.2L氧气所含有的原子数为1mol·NA（或NAmol）B.1.8g的NH4+离子中含有的电子数为1mol·NA（或NAmol）C.常温常压下，48gO3含有的氧原子数为3mol·NA（或3NAmol）D.2.4g金属镁变为镁离子时失去的电子数为0.1mol·NA（或0.1NAmol）答案B、C就无可争议了。2004年天津理综高考卷第7题的题意表述为：“AN代表阿伏加德罗常数值，下列说法正确的是：”，尽管更为客观，但仍用专用符号NA设置，把AN与数值混为一谈，故仍与新教科书相背。或是历年高考的“约定”疏忽呢？有趣的是，在其它传统型高考题（如离子方程式正误判断、离子的共存等）大量被收录在新教科书中的同时，而含有NA型的（即设NA为…型的或其规范6型）传统高考题却一题未录，是编者们的疏忽，还是有意规避呢？新教科书在给出NA后，却没有提供必要的范例，这不能不说是新教科书的一个缺憾。3.6某些杂志上的不规范表达,传递的是不合时宜的信号。如某杂志[7]第33页有:与1.3规则相背。3.7某杂志[8]上有关AN的表述有：…，称为“阿伏加德罗常数”，表示为“NAmol-1”，近似值为6.02×1023mol－1；总个数是：20×NA等。都与NA这个量值相背。3.8pH值是1909年丹麦科学家Sorensen提出,优点是:(1)避免了用非常小的数值来表示稀溶液中c(H+)的麻烦;(2)发展了测定稀溶液酸碱度简便方法—pH试纸、pH计等。但在教学中也发现pH的不足[9]:(1)从严格的数学意义上讲,象c(H+)的量值取对数是很少见的,且所取对数是只对数值而不对单位,使量值单位的选择受到了限制;(2)pH的应用受温度、浓度等条件的影响。如同样是中性溶液,25℃时pH=7,100℃时pH=6。而c(H+)﹥1mol/L时,pH值为负值,使用受限;(3)pH值的计算常常是只注重c(H+),而忽视水溶液中另一个决定酸碱度的因素c(OH-)。鉴于此,1999年荷兰科学家HenkVanLubeck引入了酸度的新概念,即:AG=lg{c(H+)/c(OH-)}。与pH的关系为:AG=pKw－2pH或AG=2pOH－pKw。与pH相比有以下优点:(1)因为AG=lg{c(H+)/c(OH-)},所以在任何温度时中性溶液中AG总是等于0;酸性溶液的AG﹥0,碱性溶液的AG﹤0。酸性越强,其AG越大,碱性越强,其AG越小;(2)充分体现了水溶液中H+和OH-的对立而又统一的关系;(3)c(H+)/c(OH-)的比值单位为1,取其对数符合数学意义,同时也符合量值运算规则。与pH相比，不足的是：计算稍复杂，且没有相应的测量方法等，使其应用受到了限制。在没有其他更好的表示溶液酸碱性强弱的方法时，pH仍不失为最好的方法,但在量值c无单位限制的前提下，取c(H+)的常用负对数作pH值(新教科书《化学》第二册第59页)，而对单位的使用不作特别说明(只有例题说明)，显然是欠22.41.12641.92×2=0.11(mol)＋7妥的。若将pH定义为：以mol/L为单位，取c(H+)的数值的常用负对数叫做pH值。则更恰当，可操作性强，也给Kw的应用提供了可靠的依据。4结束语学好新教科书、用好新教科书、把握准有关物质的量等物理量的应用规则，是每一个执教者的本份。勿容讳言，在国家标准颁布十多年、新教科书从试验到完善也有多年的今天，我们看到的书籍、杂志甚至于高考等重要传媒仍有或多或少的违规表述，执行标准，按规则办事，任重而道远。值得反思的是，我们的作者、编者等是否也该在执行国家标准方面带个好头，给读者以良好的示范。参考文献[1]全日制普通高级中学教科书.化学,（必修）第