高中化学/化学中的测量
- 定义定性和定量观察。
- 区分定性和定量观察。
- 在测量中使用定量观察。
- 说明化学中使用的不同测量系统。
- 说明公制系统中使用的不同前缀。
- 进行单位换算。
- 使用科学记数法和有效数字。
- 使用基本计算和量纲分析。
- 在化学中使用数学方程式。
科学方法的步骤之一是观察。观察涉及记录我们想要调查的现象的相关数据。有两种不同类型的观察，称为定性和定量。定性观察仅涉及文字，而定量观察则涉及文字和数字。虽然我们对现象进行的所有观察都有价值，但定量观察比定性观察更有帮助。定性观察在本质上有些模糊，因为它们涉及比较术语。
定性观察的一个例子是“出勤管理员是一位身材娇小的女性”。如果观察者身高6英尺4英寸，他/她可能会将一位身高5英尺8英寸的女性称为“娇小”。但是，如果观察者将此观察结果报告给一位身高5英尺2英寸的人，则听者将无法很好地了解出勤管理员的身高，因为他们不会认为一位身高5英尺8英寸的女性是娇小的（图2.1）。
描述“一位娇小的女性”可以指任何身高在2英尺到6英尺之间的女性，具体取决于谁在观察。同样，“一辆小型汽车”可以指从紧凑型汽车到儿童玩具汽车的任何东西。单词“娇小”是一个比较术语。对于“高”、“快”、“慢”、“热”和“冷”等词也是如此。这些词没有确切的含义。
另一方面，定量观察与数字和单位相关联，因此更精确（表2.1）。即使数字只是一个估计值，它也比没有数字更有价值。
| 定性（仅文字） | 定量（文字和数字） |
|---|---|
| 这个女孩几乎没有钱。 | 这个女孩有85美分。 |
| 这个男人很矮。 | 这个男人身高5英尺2英寸。 |
| 使用一个小试管。 | 使用长度小于12厘米的试管。 |
| 到我家步行距离很短。 | 到我家大约有1英里。 |
您可以看到，即使数字是估计值，定量观察也包含更多信息，因为观察结果与数字相关联。（有些人可能不认为步行一英里很短，即使上述情况下的说话者确实如此。如果无法使用实际的测量仪器，观察者应始终尝试估计测量值，以便观察结果与数字相关联。
虽然估计的测量值可能不准确，但它们很有价值，因为它们为观察建立了近似大小。观察结果“汽车很小”为我们提供了一些信息。我们知道该物体是一种汽车（可能是真实的，也可能是玩具），并且我们知道它可能比豪华轿车小，因为几乎没有人会将豪华轿车描述为“小”。假设改为观察结果为“汽车大约3英尺高，3英尺长，2英尺宽”。虽然这些估计的测量值不能被认为是准确的，但我们现在知道我们不是在处理紧凑型汽车，也不是在处理像Hot Wheels这样的玩具汽车。通过这些估计的测量值，我们知道我们正在处理一辆大约与三轮车大小的汽车。如果我们后来发现汽车实际上只有2英尺高而不是3英尺高，这不是问题，因为我们知道最初的观察结果是估计值，因为它包含了“大约”这个词。如果我们无法实际测量物体，则估计值是极好的观察结果。估计测量值属于定量观察。
以下是一些可能对您进行估计观察有帮助的信息。从食指顶部到第一个指关节的距离约为一英寸。整个食指大约3英寸长。您的脚可能在8到12英寸之间。您的身高可能在5到6英尺之间。从手腕到肘部的距离约为一英尺。一枚25美分的硬币直径约为一英寸，美元纸币宽度约为2.5英寸，长度约为6英寸（图2.2）。
在科学中，准确的定量观察比定性观察更有用。当我们谈论准确的定量测量时，我们实际上指的是测量。准确的测量对于科学至关重要。世界上有许多测量系统，但只有一个在科学中始终使用。该系统称为国际单位制，缩写为SI单位。您可能已经熟悉SI系统的一部分，因为SI系统的一部分称为公制系统。
当您站在浴室体重秤上时，您最有可能在考虑确定您的体重，对吧？您可能没有想过自己是否增加了质量。那么使用这两个术语中的任何一个是否可以呢？
虽然我们经常互换使用质量和重量，但每个术语都有其特定的定义和用法。物体的质量不会改变；无论物体是在地球赤道上、珠穆朗玛峰顶上还是在太空，质量都将保持不变。由于质量测量物体包含多少物质，因此它必须是一个常数。
另一方面，重量是物体被地球或其所处物体吸引的力的量度。由于地球表面的每个点的重力都不相同，因此物体的重量不是恒定的。例如，在巴拿马重1.00000磅的物体在冰岛重1.00412磅。对于大型物体，这种差异可能不显着。但是，由于我们通常会处理极小的物质——原子、分子等——我们需要使用质量而不是重量。
国际单位制（SI来自法语名称Systeme Internationale）中质量的基本单位是克。与例如一磅相比，克是一个相对较小的测量值。454克等于一磅。虽然磅有助于测量需要邮寄的包裹的质量，但克在科学中更有用。
一克等于1000毫克或0.001千克；在每个质量单位之间还有许多中间测量值，以及更大或更小的测量值，这些测量值可能适用于手头的应用。这些将在后面的章节中详细讨论。
1954年5月6日，罗杰·班尼斯特实现了四分钟英里，这在国际上引起了轰动。如今，许多跑步者打破了这一纪录。只有少数国家使用英里、英尺或英寸来测量长度或距离。例如，如果您住在美国，您可能知道自己的身高以英尺和英寸为单位，对吧？或者，如果您居住的地方附近有山或丘陵，您可能知道它的高度以英尺为单位。当您讨论学校离家有多远时，您可能试图以英里为单位计算距离。
然而，世界上大多数地方使用米和公里来测量距离；对于较短的长度，则使用毫米和厘米。对于德国的一名学生来说，她会说明她的学校离家有多远（用公里表示），她想攀登的山的高度将以米为单位给出（图 2.3）。
体积用于测量物体占据的空间大小。它是一个导出单位，这意味着它基于另一个基本的 SI 单位——在本例中，米（长度）用于测量立方体的边长，从而确定一定的体积。该体积被确定为立方米，m3，用作体积的标准 SI 单位。这是一个非常大的单位，对于化学中的大多数测量来说并不实用。一个更常用的单位是升（L），它等于立方米的 1/1000。另一个常用的体积测量单位是毫升；1000 mL = 1 L。
一升是你可能最近购买并放在家里的冰箱里的汽水瓶的体积。你的冰箱里可能还有一夸脱牛奶。即使升容器和牛奶盒的大小看起来可能不一样，但事实上，它们的体积几乎完全相同。夸脱的体积略小于升（1 L = 1.057 夸脱）。只是包装不同而已！
为了讨论温度标度，让我们简要比较一下热量和温度的概念。热量是动能总量的测量，而温度描述的是热的强度，或者通常所说的物质的平均动能。当我们测量物体的温度时，我们是在测量它的平均动能。为此，我们使用摄氏和开尔文标度。科学家通常不使用华氏标度。开尔文（单位不使用大写字母）中一度的大小与 1 摄氏度相同。不同之处在于开尔文标度以绝对零度开始，即所有运动停止的温度。要在这两个标度之间进行转换，可以使用：K = °C + 273。因此，在开尔文标度上，水的冰点为 273 K，沸点为 373 K。
你可能需要注意以下几点：虽然化学中的大多数数学计算都需要将摄氏温度转换为开尔文，但当你得到温差 ΔT 时，你不需要将其转换为开尔文！无论以摄氏度还是开尔文表示，温差都是一样的。
- 质量的国际单位制单位是克。
- 长度的国际单位制单位是米。
- 体积单位源自每边长 1.00 米的立方体；因此，体积单位是立方米。一个更常用的单位是升，它是 立方米。
- SI 使用摄氏度 (°C) 和开尔文 (K) 作为温度单位。K = °C + 273。
- 在米制系统中，长度和质量的基本测量单位是什么？
- 什么单位用于测量体积？这个单位与长度的测量有什么关系？
- 解释重量和质量的区别。
- 给出水的沸点和冰点在摄氏和开尔文标度下的值。
- 如何将摄氏度转换为开尔文？1 摄氏度与 1 开尔文相比如何？
- 如果有人告诉你游泳池的温度是 275 K，你是否可以安全地去游泳？
- 确定你将使用哪种公制测量单位来测量以下内容
- (a) 到月球的距离。
- (b) 一个甜甜圈的质量。
- (c) 一只饮水杯的体积。
- (d) 你小手指的长度。
- 国际单位制，SI
- 国际单位制是米制系统的现代形式，通常是一个围绕 10 的倍数设计的系统。
- 开尔文温标
- 开尔文是温度增量的单位，是七个 SI 基本单位之一。开尔文标度是热力学绝对温标，其中绝对零度表示所有热量的缺失。在 K = 0 时，没有分子运动。开尔文不称为“度”，它写成 K，而不是 °K。
本材料改编自可在此处找到的原始 CK-12 书籍。此作品根据知识共享署名-相同方式共享 3.0 美国许可发布