初中化学教材对气体溶解度的定义

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摘要:不同版本的教材对气体溶解度的定义和处理方式各不相同。通过对比人教版、北京版、科粤版、沪教版、鲁教版五个不同版本初中化学教材，分析认为鲁教版、沪教版化学教材对“气体溶解度”的定义、处理方式更加科学;人教版、北京版、科粤版化学教材举例更加丰富，对这部分内容的处理方式更加符合学生的认知。

关键词:初中化学;气体溶解度;教材分析

1问题的提出

九年级化学“溶解度”专题练习中，学生经常会碰到如下有关“固体溶解度”的习题。例1下列不影响固体物质溶解度大小的因素是A.温度B.溶剂质量C.溶剂种类D.溶质种类不同版本的化学教材中，对固体物质溶解度的定义如出一辙，以人教版九年级化学教材(下册)为例:“固体的溶解度表示在一定温度下，某固态物质在100g溶剂里达到饱和状态时所溶解的质量。［1］”在固体溶解度定义中，为了控制影响固体溶解度因素中“溶剂质量”这个变量，人为规定了“100g溶剂”。这个“100g溶剂”就是对固体溶解度进行科学研究的基准，即不管所给溶剂质量为多少，固体物质的溶解度只需看在一定温度下，某固体物质在100g溶剂中最多溶解的质量为多少，与溶剂质量无关，只与溶质种类、溶剂种类、温度有关，所以本题选B。初中学生在学习“相对原子质量”定义时，对“科学研究基准”就有一定的了解。所以，人为规定100g溶剂的“研究基准”很快便能深入学生内心，学生处理这类问题也更加得心应手。所以在遇到如下关于“气体溶解度”的习题时，学生也会想到“研究基准”。例2下列因素中不会影响气体物质溶解度的是A.溶剂的量B.温度C.溶质的种类D.压强打开汽水的瓶盖，气泡会自动喷出;喝了汽水后会打嗝。这些说明气体的溶解能力与压强和温度都有关系;在一定温度和压强下，不同气体物质在同一溶剂中的溶解能力也不相同，所以气体的溶解能力还与气体溶质的种类有关。大部分学生都会得出本题的答案为A，但也有部分学生提出，本题应该选AD。支撑他们选AD的原因是:化学教材中明确指出气体的溶解度是指该气体的压强为101kPa和一定温度时，溶解在1体积水里达到饱和状态时的气体体积［2］。在该定义中，不仅规定了比较气体溶解度时“1体积水”这个研究基准，还规定了“压强为101kPa”这个研究基准。也就是说无论所给水的体积为多少，只考虑在1体积水中最多溶解的该气体的体积;无论该气体的压强为多少，也只考虑该气体在压强为101kPa时最多能溶解的体积。在这个定义所规定的研究基准下，气体的溶解度只与温度和气体种类有关，而与气体压强无关。但本题所给的标准答案是D，到底是答案有误还是教材表述不合理?这些问题成为比较不同版本初中化学教材对“气体溶解度”定义和处理方式的出发点。

2不同版本化学教材对“气体溶解度”的定义表述

2.1人教版、北京版、科粤版教材

人教版九年级化学教材(下册)第38页正文部分叙述了气体溶解度的定义:通常用的气体的溶解度，是指该气体的压强为101kPa和一定温度时，溶解在1体积水里达到饱和状态时的气体体积。教材还在该页注释部分强调:非标准状况时的气体体积要换算成标准状况时的体积。在教材该页的讨论部分则通过打开汽水瓶盖汽水会自动喷出，以及喝了汽水后常常会打嗝这两个生活中常见的现象让学生展开讨论，以得出气体的溶解度与压强和温度都有关的结论。在该版本教材对溶解度的定义中，选取了“1体积水”“压强为101kPa”两个研究基准，但通过讨论部分的举例得到压强与气体溶解度的关系时，却忽略了压强为“101kPa”这个研究基准。北京版九年级化学教材(下册)第16页“拓展阅读”部分对气体的溶解度进行了规定，该部分指出:气体在水中的溶解度是指在压强为101kPa和一定温度时，气体溶解在1体积水中达到饱和状态时的气体体积数。接着文中指出气体的“溶解度”随温度和压强的改变而变化。当压强改变时，气体的“溶解量”也随之改变，但溶解的体积数却基本不变。为了说明“溶解的体积数基本不变”这一观点，书中进行了举例:20℃，101kPa时，1体积水中最多可溶解0.031体积氧气;20℃，压强增大到2×101kPa时，最多溶解氧气的体积数仍然是0.031体积，但后者所溶解的氧气分子数却是前者的2倍［3］。在该版本教材对溶解度的定义中，也选取了两个研究基准，同时指出气体溶解度随压强的改变而发生变化。但在后面举例说明时，举的例子却说明“一定温度下，压强增大时，气体最多溶解的体积数不变”。由于所举例子不能很好印证结论，初中学生在阅读到这一段材料时，对“压强到底会不会影响气体溶解度”这个问题会感到更加迷惑。该部分内容在教材的“拓展阅读”部分，且涉及到部分高中知识，教师在课堂上所能讲解的有限，部分学生若不求甚解，对“溶解度”和“溶解量”这两个概念的不同也很难真正掌握。科粤版九年级化学教材(下册)第204～205页正文部分指出:气体的溶解度是指某气体在压强为101.3kPa和一定温度时溶解在1体积的溶剂中达到饱和状态时的体积。同时还在文中交代:气体的溶解度大小除了跟气体本身性质和溶剂种类有关外，还跟外界条件，如温度、压强等有关。为了说明气体溶解度与压强的关系，文中举出工业制汽水时，利用增大压强的方法使大量二氧化碳气体溶解在水里;当汽水瓶盖打开时，压强减小，气体的“溶解量”跟着减小，因此有大量二氧化碳气体从水里逸出。在教材“长话短说”部分也明确指出:气体物质的溶解度随着温度的升高而减小，随着压强的增大而增大［4］。该版本教材对溶解度的定义中，选取了两个研究基准，同时指出气体溶解度大小跟压强有关。在举例说明气体溶解度与压强的关系时，教材上用“溶解量”一词替代了“溶解度”，却在教材“长话短说”的结论部分得到的是气体“溶解度”与压强的关系。大多数学生在刚开始接触溶解度概念时，是无法真正理解气体的“溶解度”是在一定研究基准下气体的最大“溶解量”，教材在这两个概念中来回切换，会使学生的疑惑更深。由上可知，上述三个版本的化学教材或在正文部分或在拓展阅读部分对气体的溶解度下了定义，无一例外，这三个版本的教材在定义气体溶解度时都规定了“1体积水”和“压强为101kPa”这两个研究基准。但在举例说明气体溶解度的影响因素时，要么忽略“压强为101kPa”这个研究基准，得到压强减小气体溶解度随之减小、压强增大气体溶解度随之增大的结论，如人教版、科粤版化学教材;要么将气体“溶解度”与气体“溶解量”概念混用，使得学生疑惑更深，如北京版、科粤版化学教材;要么举例晦涩难懂，例子无法印证结论，如北京版化学教材。

2.2沪教版、鲁教版教材

沪教版九年级化学教材(下册)第21页仅通过“拓展视野”部分短短几行字说明“影响气体物质溶解度的因素”，教材通篇并未对气体溶解度进行定义。在说明气体溶解度与压强的关系时，文中这样说明:当温度不变时，随着压强的增大，气体的溶解度增大;反之，气体的溶解度随之减小［5］。并通过生产汽水时，增大二氧化碳气体的压强使溶解度增大的例子来说明气体溶解度与压强的关系。鲁教版九年级化学教材(下册)仅在教材第38页“多一点知识”部分对气体溶解度下了个简单的定义:气体的溶解度通常用一定压强、一定温度下1体积水中最多溶解气体的体积数来表示。简略说明了气体溶解度与温度压强的关系:在一定压强下，温度越高，气体的溶解度越小，温度越低气体的溶解度越大;在一定温度下，压强越大气体的溶解度越大，压强越小气体的溶解度越小［6］。由上可知，这两个版本的化学教材中“气体溶解度”的知识点没有出现在正文部分。在对这个知识点进行处理时，或未给出具体定义，如沪教版化学教材;或在定义时并未选取“压强为101kPa”这个研究基准，如鲁教版化学教材。两个版本的化学教材仅通过简单的举例或说明来解释压强与气体溶解度的关系———一定温度下，压强越大，气体的溶解度越大，压强越小气体的溶解度越小。这两个版本的化学教材虽然没有因为“研究基准”对概念理解造成误解，但在讲解气体溶解度的影响因素时，没有详尽的实例支撑，内容略显单薄。

3启示和建议

物质溶于溶剂都有限度，即溶解溶质的量(质量或体积)有一个最大量值。这个最大量值既受溶质、溶剂性质和质量的影响，又受温度等因素的影响。为了比较不同物质的溶解性，需要规定一个比较标准，这个标准就是溶解度［7］。与固体物质一样，气体物质的溶解度其实也是为了表示气体最大溶解能力而人为规定的一个比较标准。无论是在师生普遍认知中［8，9］，还是在科学研究上［10，11］，都认为气体溶解度是受压强影响的。所以，在定义气体溶解度时，只需选取“1体积水”这个研究基准，而无需规定“压强为101kPa”这个研究基准，鲁教版教材在对“气体溶解度”的定义上更符合师生的认知。同时，沪教版和鲁教版的教材对“气体溶解度”这个知识点的处理方式不会让学生在今后进一步研究“气体溶解度”时产生疑惑，这两个版本的化学教材若能有更多实例来说明气体溶解度的影响因素，内容将更加丰满，学生理解得也更加透彻。人教版、北京版、科粤版化学教材在处理“气体溶解度的影响因素”时，举例更加丰富，内容更加详尽，学生理解得更加深刻，若在气体溶解度定义中去掉“压强为101kPa”这个研究基准，后面的举例和前面的定义会更加吻合，也无需用“溶解量”来代替“溶解度”的概念。值得一说的是，北京版化学教材中的举例:“20℃，101kPa时，1体积水中最多可溶解0.031体积氧气;20℃，压强增大到2×101kPa时，最多溶解的体积数仍然是0.031体积，但后者所溶解的氧气分子数却是前者的2倍。”这部分内容涉及到高中知识，部分学生会觉得难以理解，若在这一部分内容的处理上能借鉴人教版化学教材通过注释说明(非标准状况时的体积要换算成标准状况时的体积)这一方式，既能为部分师生释疑，又能去掉教材中晦涩难懂的部分，不失为一种更为科学的处理方法。经对各版本教材取长补短、互相借鉴后，彻底理解“气体溶解度”这一知识点的学生在碰到类似例2的问题时，就可以毫无悬念选择A答案了。

参考文献:

［1］［2］王晶，郑长龙主编．义务教育教科书·化学(九年级)(下册)［M］．北京:人民教育出版社，2012:38．

［3］宋心琦，乐进军主编．义务教育教科书·化学(九年级)(下册)［M］．北京:北京出版社，2013:16．

［4］江琳才，钱扬义主编．义务教育教科书·化学(九年级)(下册)［M］．北京:科学出版社;广州:广东教育出版社，2012:204～205．

［5］王祖浩，王云生主编．义务教育教科书·化学(九年级)(下册)［M］．上海:上海教育出版社，2017:21．

［6］毕华林，卢巍主编．义务教育教科书·化学(九年级)(下册)［M］．济南:山东教育出版社，2019:38．

［7］周业虹，乔国才主编．义务教育教科书·化学·教师教学用书(九年级)(下册)［M］．北京:人民教育出版社，2016:42．

［8］李君．压强对气体溶解度的影响演示器［J］．中学生数理化·教与学，2007，(2):52～53．

［9］郭永森．关于气体溶解度的两个实验［J］．实验教学与仪器，1994，(3):39．

［10］赵博智，李培等．一套可精确测量气体溶解度装置的设计与搭建［J］．膜科学与技术，2016，36(5):111．

［11］华超，徐世民等．测定高压气体溶解度的装置［J］．天津大学学报，2006，(39):25．

作者：任新林 单位：武汉市翠微中学