高中化学/测量
正如我们在上一节中了解到的，定性观察需要使用感官收集数据，以便解释周围环境中发生的事情，然后根据这些解释得出结论。定量观察通过使用测量来收集数据。从这些测量中，我们可以解释数据并得出结论。科学家究竟是如何收集所有这些数值数据的？需要什么样的设备以及用于什么目的？它的准确性如何？让我们先看看化学中使用的典型设备，然后再看看确定准确性和精密度所需的技能。让我们探索化学的定量方面。
- 根据所需的测量单位匹配设备类型。
- 确定所选设备的有效数字。
- 定义准确度和精密度。
- 区分准确度和精密度。
想想你最后做的实验。你使用了什么设备？如果你要测量液体体积，你会使用烧杯还是量筒？
看看上面的两个图；如果你需要测量出 65 毫升，你最有可能想使用什么仪器？量筒每 10 毫升有刻度，然后每 5 毫升有更细的刻度。烧杯每 10 毫升、50 毫升或 100 毫升可能有刻度，具体取决于你使用哪种类型。在量筒中测量体积会更容易。如果在同一个实验室中，你需要称量出 3.25 克氯化钠 NaCl。看看下面的两个图，并确定你会使用哪种设备。
天平的测量精度仅为 ± 0.1 克。因此，你必须称量出 3.3 克 NaCl 而不是 3.25 克。数字天平可以测量到 ± 0.01 克。使用这种仪器，你可以根据你的技能精确地测量出你需要的东西！
你选择的设备也决定了你测量中的单位，反之亦然。例如，如果你被提供了量筒、烧杯、移液管、滴定管、烧瓶或瓶子，那么你被要求测量体积。国际单位制中的体积测量使用公制而不是英制，以便在全球范围内标准化这些测量。因此，对于体积测量，我们使用升 (L) 表示大体积，使用毫升 (mL) 表示在实验室中测量的较小体积。看看下面的图，并确定每个设备中存在的体积。
反之亦然。如果你要测量出 5 克固体、3 厘米的金属丝或溶液的温度；上面的图中的任何物体是否有帮助？为什么不？这些物体没有帮助，因为这些测量单位不是体积，所有这些设备部件都测量体积。对于你需要进行的测量，你需要不同的设备。看看下面的图，将三个所需的测量值与显示的设备部件匹配。
a) 5 克固体
b) 3 厘米金属丝
c) 溶液的温度
在上一节中，我们查看了很多用于测量特定单位的设备。我们之前看过的量筒用于测量体积，天平用于测量质量，温度计用于测量温度。我们还看到，在两种类型的天平中，一种类型的天平比另一种天平更精确地测量质量。这两种天平之间的差异在于它们能够测量的有效数字的位数。记住，天平的测量精度为 ± 0.1 克，数字天平的测量精度为 ± 0.01 克。
在继续之前，我们回忆一下有效数字是什么？测量只能和产生它的仪器一样精确。科学家必须能够表达数字的精度，而不仅仅是它的数值。
我们为实验室实验选择的仪器取决于所需的精度。例如，如果你要用粉状可可粉在家中做一杯热巧克力，你可能会使用量勺或茶匙。将此与在实验室中进行反应序列所需的称量出 4.025 克碳酸氢钠进行比较。茶匙可以做到吗？可能不行！你需要使用一种名为分析天平的设备，其测量精度为 ± 0.001 克。
准确度和精密度是我们经常在科学、数学和其他日常事件中听到的两个词。令人惊讶的是，这两个词也经常被误用。你多久会听到这些词？例如，你经常听到汽车广告谈论它们的精确驾驶能力。但是这两个词是什么意思。准确度是指一个数字与实际值或预测值的接近程度。如果气象员预测 7 月 1 日的温度为 30°C，而实际温度为 29°C，她很可能被认为当天非常准确。
一旦你进入实验室并进行了测量，无论是质量、体积还是长度，你怎么知道它们是否正确？准确度是测量值与该量值的公认值（我们称之为正确值）之间的差值。为了提高准确度，科学家会尽可能多地重复测量。精密度是衡量所有这些测量值彼此之间接近程度的指标。因此，测量可以具有精密度，但精度不高。测量准确度的例子是拥有以下数据：26 毫升、26.1 毫升和 25.9 毫升，而公认值为 26.0 毫升。这些数据也显示出精密度。但是，如果数据是 25.2 毫升、25.0 毫升和 25.2 毫升，则它们将显示出精密度但不显示准确度。
|
示例问题 杰克在做滴定实验时收集了以下体积：34.25 毫升、34.30 毫升、34.60 毫升、34.00 毫升和 34.50 毫升。滴定中和酸所需的实际体积为 34.50 毫升。你会说杰克的数据准确吗？精确？既准确又精确？既不准确也不精确？解释一下。 解决方案: 杰克的所有数据都将是准确的，因为它们接近真实值 34.50 毫升。数据也将是精确的，因为最高值和最低值之间只有 2% 的差异。 |
准确度和精密度之间的区别及其在科学中的重要性在安年伯格视频中得到证明，网址为 按需视频 - 化学世界 - 测量。
- 实验中的任务决定了测量单位；这反过来又决定了设备。示例：如果要测量质量，则选择天平作为设备。
- 相反，选择的设备将决定测量单位。示例：如果选择量筒，则测量单位将是体积（毫升或升）。
- 每件设备都有指定的有效数字位数，它能够测量到该位数。示例：家用温度计的测量精度可能为 ± 1°C 或 ± 1°F，而普通高中酒精温度计的测量精度为 ± 0.1°C。
- 有效数字用于科学中的所有定量测量。提供了五个主要规则来读取数字的有效数字，以及两个主要规则来求解在保持适当有效数字的情况下保持有效数字的代数方程。
- 准确度是指值与实际值的接近程度（记住 A 和 a）。
- 精密度是指实验中值彼此之间的接近程度。精密度取决于仪器或测量的有效数字。
- 假设你想用彩弹枪击中这个圆圈的中心。以下哪项被认为是准确的？精确的？两者都是？都不是？
- 四名学生进行测量以确定立方体的体积。他们的结果是 15.32 cm3、15.33 cm3、15.33 cm3 和 15.31 cm3。立方体的实际体积为 16.12 cm3。关于他们的测量中的准确度和精密度，你能说出哪些结论？
- 求解以下各项的值，保留正确的有效数字位数。
- (a) 1.25 + 11
- (b) 2.308 − 1.9
- (c) 498 − 97.6
- (d) 101.3 ÷ 12
- (e) 25.69 × 0.51
- 为什么化学中使用公制？
- 区分准确度和精密度。
- 以下每个数字中包含多少个有效数字
- (a) 0.002340
- (b) 2.0×10−2
- (c) 8.3190
- (d) 3.00×108
- Nisi 在她的实验室考试中被问到了以下问题。在进行实验时，什么术语最能描述你的结果的可重复性？她应该回答什么？
- (a) 准确性
- (b) 谨慎
- (c) 精确度
- (d) 显著性
- (e) 不确定性
- Karen 在实验室里进行涉及质量的反应。她需要称量 1.50 g 的每种反应物，并将它们放在她的烧瓶中。她在她的数据表中记录了她的数据，并开始查看它（表 3.4）。通过查看 Karen 的数据，你能得出什么结论？
表 3.4 反应物 1 的质量 反应物 2 的质量 试验 1 1.45 ± 0.02 g 1.46 ± 0.02 g 试验 2 1.43 ± 0.02 g 1.46 ± 0.02 g 试验 3 1.46 ± 0.02 g 1.50 ± 0.02 g - (a) 数据是准确的，但不是精确的。
- (b) 数据是精确的，但不是准确的。
- (c) 数据既不精确也不准确。
- (d) 数据是精确且准确的。
- (e) 你真的需要看看 Karen 使用的平衡。
- 求解以下各项的值，保留正确的有效数字位数。
- (a) 3.567 + 3.45
- (b) 298.968 + 101.03
- (c) 1.25 × 11
- (d) 27 ÷ 5.67
- (e) 423 × 0.1
词汇表
[edit | edit source]- 准确性
- 一个数字与实际值或预测值的接近程度。
- 精确度
- 实验中各值彼此接近的程度。
- 有效数字
- 描述仪器或测量值的准确度或精确度的一种方法。
此材料改编自可在 此处 找到的原始 CK-12 书籍。这项工作是根据知识共享署名-相同方式共享 3.0 美国许可证授权的