第一章 緒　　論
　　1.1 基礎化學實驗的目的和學習方法
　　1.1.1 基礎化學實驗的目的
　　化學已由單純的以實驗為基礎的學科發(fā)展到理論與實驗并重的學科，然而對化學及相關學科的探索仍然離不開基本的化學實驗技術。基礎化學實驗的嚴格訓練，使學生掌握化學實驗的基本操作、基本技術和基本技能，鞏固化學的基本理論和基本知識，初步具備獨立進行化學實驗的能力�；瘜W實驗教學培養(yǎng)學生觀察化學現象、認識和理解化學反應事實的能力，使學生具備正確記錄實驗數據、準確處理實驗數據、科學分析實驗現象和實驗結果的能力，逐步提高學生分析問題、解決問題和獨立從事科學研究的能力，培養(yǎng)學生實事求是、嚴謹求實的科學態(tài)度和理論聯系實際的工作作風，使學生逐步建立批判性的思維方式和科學的實驗研究方法。同時，培養(yǎng)學生團結協作、不斷進取的科學精神。
　　1.1.2 基礎化學實驗的學習方法
　　1.認真預習
　　認真閱讀實驗教材的實驗內容及相關資料，明確實驗目的和要求，理解實驗基本原理，熟悉實驗內容，掌握實驗方法和儀器的使用方法，把握實驗關鍵，知道所用藥品和試劑的理化性質及其毒性，切記實驗中的注意事項，并按要求寫出實驗預習報告。預習報告應包括實驗目的、實驗原理、簡要的實驗步驟與操作、必要的化學反應式、實驗數據的記錄表格等，預習報
　　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象，如實記錄實驗現象、數據（包括一些環(huán)境條件數據，如實驗室溫度、大氣壓等）。實驗數據的記錄必須規(guī)范清晰。當實驗現象出現異常時，要認真檢查其原因，可在教師指導下，重做或補做某些實驗，以得出正確結論。同時，按要求處理好實驗過程中產生的廢液。
　　3.實驗報告
　　撰寫實驗報告是基礎化學實驗課程的基本訓練內容之一，它將使學生在實驗數據處理、作圖、誤差分析、問題分析與歸納等方面得到訓練和提高。實驗報告是概括和總結實驗過程的文獻性質資料。
　　根據不同的實驗內容，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，作圖和數據處理規(guī)范。實驗報告的內容一般包括實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗記錄、實驗結果、問題和討論等。實驗報告應由學生獨立完成，并及時交指導老師審閱。
　　1.2 實驗數據的記錄、處理和誤差分析
　　1.2.1 實驗數據的記錄
　　記錄實驗數據和現象必須誠實、準確、實事求是，不能隨意涂抹數據。若在實驗中發(fā)現數據錯誤而需改動，則可將該數據用一橫線劃去，再將正確數據清晰地寫在其上方或旁邊，切勿亂涂亂畫。實驗數據記錄包括實驗名稱、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據（包括數據的符號和單位）。
　　記錄實驗數據時，保留幾位有效數字應和所用儀器的準確程度相適應，一般應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，數據應記錄至0.0001g，滴定管和移液管的讀數應記錄至0.01mL。例如，用分析天平稱得某試樣的質量為0.6720g，這個數據表明該稱量0.672g是準確的，最后一位數字“0”是估計值，可能有0.0001的誤差。若將此稱量結果記錄為0.672g，則表明該稱量0.67是準確的，最后一位數字“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據都是測量結果，重復觀測時，即使數據完全相同，也應記錄下來。記錄時，對文字記錄應簡明扼要；對數據記錄應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，應及時、準確地記錄下來。
　　1.2.2 有效數字及其運算規(guī)則
　　科學實驗要得到準確的結果，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值，而且要求正確地記錄和運算。實驗所獲得的數值，不僅表示某個量的大小，還應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的最低一位，應該用內插法估計到兩刻度線之間間距的1／10。因此，實驗中各種量應采用幾位數字，運算結果應保留幾位數字都是很嚴格的，不能隨意增減和書寫。實驗數值表示的正確與否，直接關系到實驗的最終結果以及它們是否合理。
　　1.有效數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的數目字即稱為有效數字。有效數字也就是實驗中實際能夠測出的數字，其中包括若干個準確的數字和一個（只能是最后一個）不準確的數字。
　　有效數字的位數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，讀數可能是10.52mL，其有效數字為4位，小數點后第二位0.02才是估計值。
　　有效數字的位數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量在（0.5000±0.0001）g范圍內，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量在（0.500±0.001）g范圍內，測量的相對誤差為0.2%。準確度比前者低了一個數量級。
　　有效數字的位數是整數部分位數和小數部分位數的組合，可以通過表1.2.1說明。
　　從上面幾個數中可以看到，“0”在數字中可以是有效數字，也可以不是。當“0”在數字中間或有小數的數字之后時都是有效的數字，如果“0”在數字的前面，則只起定位作用，不是有效數字。但像5000這樣的數字，有效數字位數不好確定，應根據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等對數值的有效數字位數僅由小數點后的位數確定，整數部分只說明這個數的方次，只起定位作用，不是有效數字，如pH＝3.48，有效數字是2位而不是3位。
　　2.有效數字的運算規(guī)則
　　在計算一些有效數字位數不相同的數時，按有效數字運算規(guī)則計算。
　　1）加減運算
　　加減運算結果的有效數字的位數，應以運算數字中小數點后有效數字位數最少者決定。計算時可先不管有效數字，直接進行加減運算，運算結果再按數字中小數點后有效數字位數最少的作四舍五入處理，例如0.7643，25.42，2.356三數相加，則0.7643+25.42+2.356＝28.5403，結果應為28.54。
　　也可以先按四舍五入的原則，以小數點后面有效數字位數最少的為標準處理各數據，使小數點后有效數字位數相同，然后再計算，如上例為0.76+25.42+2.36＝28.54。因為在25.42中精確度只到小數點后第二位，即在25.42±0.01，其余的數再精確到第三位，四位就無意義了。
　　2）乘除運算
　　幾個數相乘或相除時所得結果的有效數字位數應與各數中有效數字位數最少者相同，例如，0.98與1.644相乘結果為：1.61112，應保留兩位有效數字，故得數應為1.6。計算時可以先四舍五入后計算，但在幾個數連乘或連除運算中，在取舍時應保留比最少位數多一位數字的數來運算，如0.98、1.644、46.4三個數字連乘應為0.98×1.64×46.4＝74.57，結果為75。
　　先算后取舍為0.98×1.644×46.4＝74.76，結果為75。
　　兩者結果一致，若只取最少位數的數相乘則為0.98×1.6×46＝72.13，結果應為72。
　　這樣，計算結果誤差擴大了。當然，如果在連乘、連除的數中被取或舍的數離“5”較遠，或有的數取，有的數舍，也可取最少位數的有效數字簡化后再運算。例如，0.121×23.64×1.0578＝3.0257734，結果為3.03。
　　若簡化后再運算0.121×23.6×1.06＝2.86×1.06＝3.03。
　　3）對數運算
　　在進行對數運算時，所取對數位數應與真數的有效數字位數相同。例如，lg1.35×105＝5.13。
　　1.2.3 實驗數據的處理和誤差分析
　　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?基礎化學實驗
　　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，測量的次數無限多時，根據誤差的分布定律，正負誤差出現的概率相等。再經過細致地消除系統誤差，將測量值加以平均，可以獲得非常接近于真值的數值。但是，實際上實驗測量的次數總是有限的，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）對數平均值：在化學反應、熱量和質量傳遞中，其分布曲線多具有對數的特性，在這種情況下表征平均值常用對數平均值。
　　設兩個量x1、x2，其對數平均值為-x1-x2x1-x2
　　x對＝lnx1-lnx2＝lnx1（1.2.4）
　　x2應指出，變量的對數平均值總小于算術平均值。當x1／x2≤2時，可以用算術平均值代替對數平均值。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。在化工實驗和科學研究中，數據的分布較多屬于正態(tài)分布，所以通常采用算術平均值。2.誤差的分類根據誤差的性質和產生的原因，一般分為三類：
　�。�1）系統誤差：系統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，當實驗條件一經確定，系統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)現系統誤差的變化規(guī)律。系統誤差產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；實驗人員的習慣和偏向，如讀數偏高或偏低等。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，系統誤差是可以清除的。
　　（2）偶然誤差：在已消除系統誤差的一切量值的觀測中，所測數據仍在末一位或末兩位數字上有差別，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)現偶然誤差完全服從統計規(guī)律，誤差的大小或正負的出現完全由概率決定。因此，隨著測量次數的增加，偶然誤差的算術平均值趨近于零，所以多次測量結果的算數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，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誤差和偶然誤差綜合的影響程度�！熬�度”應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值重現性的程度。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。重復性與再現性是精密度的常見別名。
　　相對標準偏差（變異系數）：RSD＝S-×100%＝n--1×100%
　　xx實際工作中多用RSD表示分析結果的精密度。
　　（2）準確度：準確度是指測量值與真值的偏移程度。它反映系統誤差的影響精度，準確度高就表示系統誤差小。
　　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
　　將實驗數據按自變量與因變量的對應關系而列出數據表格形式即為列表法，列表法具有制……