关于观察液体体积时仰视或俯视引起误差的讨论

 

在中学化学定量实验中，经常要用量筒、滴定管等仪器来量取一定体积的液体或对一定体积的液体进行读数。由于实验者观察方法不正确，即未能保持视线与液体凹液面最低点相平，而造成所量取液体的体积或读出的体积数值存在误差。不正确的观察方法往往是仰视或俯视，造成的误差是偏高或偏低。为此类问题而设置的习题也常见于各类考题中，学生解答情况往往不能令人满意，甚至有老师对此问题也比较模糊。

解答此类问题的方法是：首先要根据题意，明确实验任务是“对一定体积的液体进行读数”或“量取一定体积的液体”中的哪一种；该实验使用的仪器“0”刻度在上边还是下边。然后采取图示法解题，即按题意画出相应的示意图，分析误差的偏向，再依据题设情景得出最终解答。

必须明确一点：实验者进行观察时，首先看到的始终是仪器上有刻度的一边。

下面对此问题进行分类讨论。

一、对一定体积的液体进行读数。

1、对于“0”刻度在下边的量器，如量筒、量杯、容量瓶、移液管等。

下面是对10mL量筒内盛有8mL液体进行读数的三种情况示意图：

 

 

 

8

平视

7

8

仰视

7

8

俯视

7

8

平视

7

8

仰视

7

8

俯视

7

 

 

 

从上图可以看出：仰视读数时，读出的结果比实际体积偏低（偏小）；俯视读数时，读出的结果比实际体积偏高（偏大）。

2、对于“0”刻度在上边的量器，如酸式滴定管、碱式滴定管等。

酸式、碱式滴定管常用在中学化学酸碱中和滴定实验，使用时需要分别读出滴定前和滴定后管内液体的体积求出滴定过程所消耗溶液的体积，所以属于对一定体积的溶液进行读数问题。下图是对滴定管读数的三种情况示意图。

 

8

平视

9

8

仰视

9

8

俯视

9

 

 

 

 

 

 

 

 

从上图可以看出：仰视读数时，读出的结果比实际体积偏高（偏大）；俯视读数时，读出的结果比实际体积偏低（偏小）。

需要注意的是：由于滴定过程所消耗溶液的体积＝滴定后液体的体积－滴定前液体的体积，所以，仰视、俯视读取滴定前液体的体积会造成滴定过程所消耗溶液的体积与上述结果正好相反，即分别偏低、偏高。

二、量取一定体积的液体（通常指这个）。

1、对于“0”刻度在下边的量器，如量筒、量杯、容量瓶、移液管等。下面以用10mL的量筒量取８ｍL液体为例进行讨论。请看示意图：

注意：量取一定体积的溶液时，无论仰视或是俯视，视线必然要通过被量取的体积刻度（8mL）处。

 

8

平视

7

8

仰视

7

8

俯视

7

 

 

 

 

 

从上图可以看出：量取时仰视，实际量取的液体的体积偏高（偏大）；量取时俯视，实际量取的液体的体积偏低（偏小）。

2、对于“0”刻度在上边的量器，量取时仰视、俯视时，实际量取的液体的体积误差偏向正好相反。

对以上几种情况的分析结果总结如下：

 

实验任务	仪器类型	观察方法	误差偏向
对一定体积的液体进行读数	“0”刻度在下边	仰视	偏低（偏小）
		俯视	偏高（偏大）
	“0”刻度在上边	仰视	偏高（偏大）
		俯视	偏低（偏小）
量取一定体积的液体	“0”刻度在下边	仰视	偏高（偏大）
		俯视	偏低（偏小）
	“0”刻度在上边	仰视	偏低（偏小）
		俯视	偏高（偏大）
平视时，结果均是正确的。

下面用几道例题进行分析：

例1、量取95mL水，最好选用________mL的量筒，若读数时仰视刻度，则实际量取的水的体积_________（大于、小于、等于）95mL。

 

95

仰视

100

解析：从减小误差的角度看，选用量筒的规格最好与被量取液体的体积相接近，应选取100mL的量筒。

这属于“量取一定体积的液体”问题，且使用“0”刻度在下的仪器，由题意画出示意图（如右图所示），显然实际量取水的体积偏高，即大于95mL。

 

0

滴定前仰视

1

22

滴定后俯视

23

例2、某同学用标准氢氧化钠溶液滴定待测盐酸的物质的量浓度时，若滴定前，读碱液体积时仰视碱式滴定管液面；滴定后，读碱液体积时俯视碱式滴定管液面。上述操作会使盐酸浓度的测定值­­_______(偏高、偏低、无影响)？

解析：这属于“对一定体积的液体进行读数”问题，且使用“0”刻度在上的仪器（碱式滴定管），由题意画出示意图（如右图所示）

很显然，滴定前仰视读出的体积（V₁）偏大，滴定后俯视读出的体积（V₂）偏小，则滴定过程消耗碱液的体积V碱＝V₂－V₁偏小。

由可知，测得盐酸的浓度偏低。

 

练习：1、配制一定物质的量浓度的KOH溶液时，造成实验结果偏低的原因是（    ）

A、容量瓶中原有少量蒸馏水   B、有少量KOH溶液残留在烧杯中

C、定容时观察液面俯视       D、定容时观察液面仰视

2、若用浓溶液配制一定体积一定浓度的稀溶液时，下列操作会造成稀溶液的浓度（填“偏高”、“偏低”、“无影响”）

（1）若用量筒量取浓溶液时俯视刻度结果会________；

（2）若定容时俯视刻度结果会________；

（3）若容量瓶中有蒸馏水或定容后反复摇匀后发现液面低于刻度结果会_____。

3、实验使用1.005mol/L标准盐酸，以甲基橙为指示剂，测定烧碱样品的纯度，下列操作会使测定结果偏高、偏低、无影响？

（1）装有标准盐酸的滴定管活塞地方有漏水现象，但没有处理就进行滴定，烧碱纯度_________。

（2）盛装烧碱溶液的锥形瓶内有一定量的蒸馏水没有倒掉。烧碱纯度______。

（3）滴定终了时，俯视滴定管读数，烧碱纯度______。

（4）滴定终点，溶液颜色变红，再加一滴烧碱溶液仍为红色，烧碱纯度____。

参考解答：1、B、D  2、偏低、偏高、无影响。3、偏高、无影响、偏低、偏高。