第一章 緒　　論
　　1.1 基礎(chǔ)化學(xué)實驗的目的和學(xué)習(xí)方法
　　1.1.1 基礎(chǔ)化學(xué)實驗的目的
　　化學(xué)已由單純的以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科發(fā)展到理論與實驗并重的學(xué)科，然而對化學(xué)及相關(guān)學(xué)科的探索仍然離不開基本的化學(xué)實驗技術(shù)�；�礎(chǔ)化學(xué)實驗的嚴格訓(xùn)練，使學(xué)生掌握化學(xué)實驗的基本操作、基本技術(shù)和基本技能，鞏固化學(xué)的基本理論和基本知識，初步具備獨立進行化學(xué)實驗的能力�；瘜W(xué)實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生觀察化學(xué)現(xiàn)象、認識和理解化學(xué)反應(yīng)事實的能力，使學(xué)生具備正確記錄實驗數(shù)據(jù)、準確處理實驗數(shù)據(jù)、科學(xué)分析實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果的能力，逐步提高學(xué)生分析問題、解決問題和獨立從事科學(xué)研究的能力，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度和理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)，使學(xué)生逐步建立批判性的思維方式和科學(xué)的實驗研究方法。同時，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作、不斷進取的科學(xué)精神。
　　1.1.2 基礎(chǔ)化學(xué)實驗的學(xué)習(xí)方法
　　1.認真預(yù)習(xí)
　　認真閱讀實驗教材的實驗內(nèi)容及相關(guān)資料，明確實驗?zāi)康暮鸵�求，理解實驗基本原理，熟悉實驗�?nèi)容，掌握實驗方法和儀器的使用方法，把握實驗關(guān)鍵，知道所用藥品和試劑的理化性質(zhì)及其毒性，切記實驗中的注意事項，并按要求寫出實驗預(yù)習(xí)報告。預(yù)習(xí)報告應(yīng)包括實驗?zāi)康�、實驗原理、簡要的實驗步驟與操作、必要的化學(xué)反應(yīng)式、實驗數(shù)據(jù)的記錄表格等，預(yù)習(xí)報
　　告要簡明扼要，切忌照抄書本。
　　2.實驗操作
　　在實驗過程中，嚴格按照實驗步驟認真進行操作，認真仔細地觀察實驗中的現(xiàn)象，如實記錄實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)（包括一些環(huán)境條件數(shù)據(jù)，如實驗室溫度、大氣壓等）。實驗數(shù)據(jù)的記錄必須規(guī)范清晰。當實驗現(xiàn)象出現(xiàn)異常時，要認真檢查其原因，可在教師指導(dǎo)下，重做或補做某些實驗，以得出正確結(jié)論。同時，按要求處理好實驗過程中產(chǎn)生的廢液。
　　3.實驗報告
　　撰寫實驗報告是基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程的基本訓(xùn)練內(nèi)容之一，它將使學(xué)生在實驗數(shù)據(jù)處理、作圖、誤差分析、問題分析與歸納等方面得到訓(xùn)練和提高。實驗報告是概括和總結(jié)實驗過程的文獻性質(zhì)資料。
　　根據(jù)不同的實驗內(nèi)容，可以選用不同的實驗報告格式，實驗報告的書寫要求字跡清楚、整潔，作圖和數(shù)據(jù)處理規(guī)范。實驗報告的內(nèi)容一般包括實驗?zāi)康�、實驗原理、實驗步驟、實驗記錄、實驗結(jié)果、問題和討論等。實驗報告應(yīng)由學(xué)生獨立完成，并及時交指導(dǎo)老師審閱。
　　1.2 實驗數(shù)據(jù)的記錄、處理和誤差分析
　　1.2.1 實驗數(shù)據(jù)的記錄
　　記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象必須誠實、準確、實事求是，不能隨意涂抹數(shù)據(jù)。若在實驗中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤而需改動，則可將該數(shù)據(jù)用一橫線劃去，再將正確數(shù)據(jù)清晰地寫在其上方或旁邊，切勿亂涂亂畫。實驗數(shù)據(jù)記錄包括實驗名稱、日期、實驗條件（如室溫、大氣壓力等）、儀器型號、試劑名稱與級別、溶液的濃度以及直接測量的數(shù)據(jù)（包括數(shù)據(jù)的符號和單位）。
　　記錄實驗數(shù)據(jù)時，保留幾位有效數(shù)字應(yīng)和所用儀器的準確程度相適應(yīng)，一般應(yīng)估計到儀器最小刻度（精度）的后一位。例如，用1／10000分析天平稱量時，數(shù)據(jù)應(yīng)記錄至0.0001g，滴定管和移液管的讀數(shù)應(yīng)記錄至0.01mL。例如，用分析天平稱得某試樣的質(zhì)量為0.6720g，這個數(shù)據(jù)表明該稱量0.672g是準確的，最后一位數(shù)字“0”是估計值，可能有0.0001的誤差。若將此稱量結(jié)果記錄為0.672g，則表明該稱量0.67是準確的，最后一位數(shù)字“2”是估計值，可能有正負0.001的誤差。
　　實驗記錄上的每一個數(shù)據(jù)都是測量結(jié)果，重復(fù)觀測時，即使數(shù)據(jù)完全相同，也應(yīng)記錄下來。記錄時，對文字記錄應(yīng)簡明扼要；對數(shù)據(jù)記錄應(yīng)盡可能采用表格形式。實驗過程中涉及的各種儀器的型號和標準溶液濃度等，應(yīng)及時、準確地記錄下來。
　　1.2.2 有效數(shù)字及其運算規(guī)則
　　科學(xué)實驗要得到準確的結(jié)果，不僅要求正確地選用實驗方法和實驗儀器測定各種量的數(shù)值，而且要求正確地記錄和運算。實驗所獲得的數(shù)值，不僅表示某個量的大小，還應(yīng)反映測量這個量的準確程度。一般地，任何一種儀器標尺讀數(shù)的最低一位，應(yīng)該用內(nèi)插法估計到兩刻度線之間間距的1／10。因此，實驗中各種量應(yīng)采用幾位數(shù)字，運算結(jié)果應(yīng)保留幾位數(shù)字都是很嚴格的，不能隨意增減和書寫。實驗數(shù)值表示的正確與否，直接關(guān)系到實驗的最終結(jié)果以及它們是否合理。
　　1.有效數(shù)字在不表示測量準確度的情況下，表示某一測量值所需要的最少位數(shù)的數(shù)目字即稱為有效數(shù)字。有效數(shù)字也就是實驗中實際能夠測出的數(shù)字，其中包括若干個準確的數(shù)字和一個（只能是最后一個）不準確的數(shù)字。
　　有效數(shù)字的位數(shù)取決于測量儀器的精確程度。例如，用最小刻度為1mL的量筒測量溶液的體積為10.5mL，其中10是準確的，0.5是估計的，有效數(shù)字是3位。如果要用精度為0.1mL的滴定管來量度同一液體，讀數(shù)可能是10.52mL，其有效數(shù)字為4位，小數(shù)點后第二位0.02才是估計值。
　　有效數(shù)字的位數(shù)還反映了測量的誤差，若某銅片在分析天平上稱量得0.5000g，表示該銅片的實際質(zhì)量在（0.5000±0.0001）g范圍內(nèi)，測量的相對誤差為0.02%，若記為0.500g，則表示該銅片的實際質(zhì)量在（0.500±0.001）g范圍內(nèi)，測量的相對誤差為0.2%。準確度比前者低了一個數(shù)量級。
　　有效數(shù)字的位數(shù)是整數(shù)部分位數(shù)和小數(shù)部分位數(shù)的組合，可以通過表1.2.1說明。
　　從上面幾個數(shù)中可以看到，“0”在數(shù)字中可以是有效數(shù)字，也可以不是。當“0”在數(shù)字中間或有小數(shù)的數(shù)字之后時都是有效的數(shù)字，如果“0”在數(shù)字的前面，則只起定位作用，不是有效數(shù)字。但像5000這樣的數(shù)字，有效數(shù)字位數(shù)不好確定，應(yīng)根據(jù)實際測定的精確程度來表示，可寫成5×103，5.0×103，5.00×103等。
　　對于pH、lgK等對數(shù)值的有效數(shù)字位數(shù)僅由小數(shù)點后的位數(shù)確定，整數(shù)部分只說明這個數(shù)的方次，只起定位作用，不是有效數(shù)字，如pH＝3.48，有效數(shù)字是2位而不是3位。
　　2.有效數(shù)字的運算規(guī)則
　　在計算一些有效數(shù)字位數(shù)不相同的數(shù)時，按有效數(shù)字運算規(guī)則計算。
　　1）加減運算
　　加減運算結(jié)果的有效數(shù)字的位數(shù)，應(yīng)以運算數(shù)字中小數(shù)點后有效數(shù)字位數(shù)最少者決定。計算時可先不管有效數(shù)字，直接進行加減運算，運算結(jié)果再按數(shù)字中小數(shù)點后有效數(shù)字位數(shù)最少的作四舍五入處理，例如0.7643，25.42，2.356三數(shù)相加，則0.7643+25.42+2.356＝28.5403，結(jié)果應(yīng)為28.54。
　　也可以先按四舍五入的原則，以小數(shù)點后面有效數(shù)字位數(shù)最少的為標準處理各數(shù)據(jù)，使小數(shù)點后有效數(shù)字位數(shù)相同，然后再計算，如上例為0.76+25.42+2.36＝28.54。因為在25.42中精確度只到小數(shù)點后第二位，即在25.42±0.01，其余的數(shù)再精確到第三位，四位就無意義了。
　　2）乘除運算
　　幾個數(shù)相乘或相除時所得結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)應(yīng)與各數(shù)中有效數(shù)字位數(shù)最少者相同，例如，0.98與1.644相乘結(jié)果為：1.61112，應(yīng)保留兩位有效數(shù)字，故得數(shù)應(yīng)為1.6。計算時可以先四舍五入后計算，但在幾個數(shù)連乘或連除運算中，在取舍時應(yīng)保留比最少位數(shù)多一位數(shù)字的數(shù)來運算，如0.98、1.644、46.4三個數(shù)字連乘應(yīng)為0.98×1.64×46.4＝74.57，結(jié)果為75。
　　先算后取舍為0.98×1.644×46.4＝74.76，結(jié)果為75。
　　兩者結(jié)果一致，若只取最少位數(shù)的數(shù)相乘則為0.98×1.6×46＝72.13，結(jié)果應(yīng)為72。
　　這樣，計算結(jié)果誤差擴大了。當然，如果在連乘、連除的數(shù)中被取或舍的數(shù)離“5”較遠，或有的數(shù)取，有的數(shù)舍，也可取最少位數(shù)的有效數(shù)字簡化后再運算。例如，0.121×23.64×1.0578＝3.0257734，結(jié)果為3.03。
　　若簡化后再運算0.121×23.6×1.06＝2.86×1.06＝3.03。
　　3）對數(shù)運算
　　在進行對數(shù)運算時，所取對數(shù)位數(shù)應(yīng)與真數(shù)的有效數(shù)字位數(shù)相同。例如，lg1.35×105＝5.13。
　　1.2.3 實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析
　　測量就是用實驗的方法，將被測物理量與所選用作為標準的同類量進行比較，從而確定它的大小。
　　?4?基礎(chǔ)化學(xué)實驗
　　1.真值與平均值
　　真值是待測物理量客觀存在的確定值，也稱為理論值或定義值。通常，真值是無法測得的。若在實驗中，測量的次數(shù)無限多時，根據(jù)誤差的分布定律，正負誤差出現(xiàn)的概率相等。再經(jīng)過細致地消除系統(tǒng)誤差，將測量值加以平均，可以獲得非常接近于真值的數(shù)值。但是，實際上實驗測量的次數(shù)總是有限的，用有限測量值求得的平均值只能近似真值，常用的平均值有下列幾種：
　�。�4）對數(shù)平均值：在化學(xué)反應(yīng)、熱量和質(zhì)量傳遞中，其分布曲線多具有對數(shù)的特性，在這種情況下表征平均值常用對數(shù)平均值。
　　設(shè)兩個量x1、x2，其對數(shù)平均值為-x1-x2x1-x2
　　x對＝lnx1-lnx2＝lnx1（1.2.4）
　　x2應(yīng)指出，變量的對數(shù)平均值總小于算術(shù)平均值。當x1／x2≤2時，可以用算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值。當x1／x2＝2，x-對＝1.44，x-＝1.50，｜（x-對-x-）｜／x-對＝4.2%，即x1／x2≤2，引起的誤差不超過4.2%。以上介紹各平均值的目的是要從一組測定值中找出最接近真值的那個值。在化工實驗和科學(xué)研究中，數(shù)據(jù)的分布較多屬于正態(tài)分布，所以通常采用算術(shù)平均值。2.誤差的分類根據(jù)誤差的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因，一般分為三類：
　�。�1）系統(tǒng)誤差：系統(tǒng)誤差是指在測量和實驗中由未發(fā)覺或未確認的因素所引起的誤差，而這些因素的影響結(jié)果永遠朝一個方向偏移，其大小及符號在同一組實驗測定中完全相同，當實驗條件一經(jīng)確定，系統(tǒng)誤差就獲得一個客觀上的恒定值。當改變實驗條件時，就能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因為測量儀器不良，如刻度不準、儀表零點未校正或標準表本身存在偏差等；周圍環(huán)境的改變，如溫度、壓力、濕度等偏離校準值；實驗人員的習(xí)慣和偏向，如讀數(shù)偏高或偏低等。針對儀器的缺點、外界條件變化影響的大小、個人的偏向，待分別加以校正后，系統(tǒng)誤差是可以清除的。
　�。�2）偶然誤差：在已消除系統(tǒng)誤差的一切量值的觀測中，所測數(shù)據(jù)仍在末一位或末兩位數(shù)字上有差別，而且它們的絕對值和符號的變化時大時小、時正時負，沒有確定的規(guī)律，這類誤差稱為偶然誤差或隨機誤差。偶然誤差產(chǎn)生的原因不明，因而無法控制和補償。但是，倘若對
　　某一量值作足夠多次的等精度測量后，就會發(fā)現(xiàn)偶然誤差完全服從統(tǒng)計規(guī)律，誤差的大小或正負的出現(xiàn)完全由概率決定。因此，隨著測量次數(shù)的增加，偶然誤差的算術(shù)平均值趨近于零，所以多次測量結(jié)果的算數(shù)平均值將更接近于真值。
　　（3）過失誤差：過失誤差是一種顯然與事實不符的誤差，它往往是由實驗人員粗心大意、過度疲勞和操作不正確等原因引起的。此類誤差無規(guī)則可尋，只要加強責(zé)任感、多方警惕、細心操作，過失誤差是可以避免的。
　　3.精密度、準確度和精度
　　反映測量結(jié)果與真值接近程度的量稱為精度（也稱精確度）。它與誤差大小相對應(yīng)，測量的精度越高，其測量誤差就越小。它反映測量中所有系統(tǒng)誤差和偶然誤差綜合的影響程度�！熬�度”應(yīng)包括精密度和準確度兩層含義。
（1）精密度：精密度是指測量中所測得數(shù)值重現(xiàn)性的程度。它反映偶然誤差的影響程度，精密度高表示偶然誤差小。精密度的大小可用偏差、平均偏差、相對平均偏差、標準偏差和相對標準偏差表示。重復(fù)性與再現(xiàn)性是精密度的常見別名。
　　相對標準偏差（變異系數(shù)）：RSD＝S-×100%＝n--1×100%
　　xx實際工作中多用RSD表示分析結(jié)果的精密度。
　�。�2）準確度：準確度是指測量值與真值的偏移程度。它反映系統(tǒng)誤差的影響精度，準確度高就表示系統(tǒng)誤差小。
　　在一組測量中，精密度高的準確度不一定高，準確度高的精密度也不一定高，但精度高，則精密度和準確度都高。
　　4.誤差的表示方法
　　（1）絕對誤差（E）：測量值x和真值T之差為絕對誤差，通常稱為誤差。記為E＝x-T（1.2.5）
　�。�2）相對誤差（Er）：衡量某一測量值的準確程度，一般用相對誤差來表示。絕對誤差E與被測量的真值T的百分比值稱為實際相對誤差。記為
　　將實驗數(shù)據(jù)按自變量與因變量的對應(yīng)關(guān)系而列出數(shù)據(jù)表格形式即為列表法，列表法具有制……