实验题考什么
几乎每年都有 FRQ 以实验为情境：设计步骤、处理数据、分析误差。常见的实验有滴定、重量分析、量热、分光光度法、动力学（测速率）、色谱等（4.4 实验专区会逐个讲）。
写实验设计的五个要素
- 目的和要算的量：最后要求什么？用什么公式由测量值算出来？
- 测量哪些量、用什么仪器：质量（分析天平）、体积（滴定管、移液管、容量瓶）、温度（温度计）、吸光度（分光光度计）。
- 步骤：编号写，每一步具体到“用什么仪器做什么”，例如“用移液管量取 25.00 mL 溶液放入锥形瓶”。
- 控制变量：只改变要研究的那个量（自变量independent variable），测量随之变化的量（因变量dependent variable），其他条件保持不变。
- 重复：重复测量，取平均值，减小偶然误差。
判断误差方向的三步
- 哪个测量值变了？ 偏大还是偏小（例如“滴定管没润洗 → 消耗的体积偏大”）。
- 它在公式的什么位置？ 在分子上，结果跟着变；在分母上，结果反着变。
- 结论：结果偏高、偏低还是不变。 写出完整的推理链，不要只写结论。
例如滴定：c(酸) = c(碱)·V(碱) ÷ V(酸)。V(碱) 在分子上：V(碱) 偏大，c(酸) 就偏高。
系统误差和偶然误差
- 系统误差systematic error：每次都朝同一个方向偏，例如天平没校准、试剂不纯、热量总是散失。重复多少次也消除不了，要改进方法或仪器。
- 偶然误差random error：时大时小，例如读数时的估读。多次测量取平均可以减小。
- 数据彼此很接近是精确度高；平均值接近真实值是准确度高。
写误差来源时，“人为误差”“计算错误”这样笼统的说法不得分；要写出具体的操作和它对测量值的影响。
选一个实验，判断每种失误使结果偏高、偏低还是不变：
用已知浓度的 NaOH 滴定 25.00 mL 未知浓度的 HCl：c(HCl) = c(NaOH)·V(NaOH) ÷ 25.00 mL。
- 滴定管用蒸馏水洗过后，没有用 NaOH 溶液润洗就装液
管内残留的水把 NaOH 稀释了，要用更多体积才能到终点 → V(NaOH) 偏大 → c(HCl) 偏高。
- 滴定前先往锥形瓶里加了 20 mL 蒸馏水
HCl 的物质的量没有变，需要的 NaOH 也不变 → 结果不变。
- 滴过了终点，溶液变成深红色才停止
加入的 NaOH 多于反应所需 → V(NaOH) 偏大 → c(HCl) 偏高。
- 读终点体积时俯视滴定管
滴定管的刻度从上往下增大，俯视读数偏小 → V(NaOH) 偏小 → c(HCl) 偏低。
把含 Cl⁻ 的样品溶解，加入过量 AgNO₃ 生成 AgCl 沉淀，过滤、干燥、称量，由 AgCl 的质量算出样品中 Cl 的质量分数。
- AgCl 沉淀没有完全干燥就称量
沉淀里还有水 → 称得的质量偏大 → 算出的 Cl 偏多，结果偏高。
- 过滤时有一部分沉淀穿过了滤纸
收集到的 AgCl 少了 → 质量偏小 → 结果偏低。
- 加入的 AgNO₃ 不足，Cl⁻ 没有全部沉淀
生成的 AgCl 少于应有的量 → 质量偏小 → 结果偏低。
- 沉淀没有洗干净，干燥后表面留下 AgNO₃ 固体
称得的质量里多了 AgNO₃ → 质量偏大 → 结果偏高。
在泡沫杯量热计中混合 HCl 和 NaOH 溶液，读最高温度；q = mcΔT，再除以生成水的物质的量，得到中和焓的大小 |ΔH|。
- 量热计没有盖盖子，有热量散失到空气中
一部分热量没有用来使溶液升温 → ΔT 偏小 → q 偏小 → |ΔH| 偏低。
- 读最高温度时读高了 0.5 °C
ΔT 偏大 → q 偏大 → |ΔH| 偏高。
- 两种溶液都改用原来体积的 2 倍（浓度不变）
放出的热量和溶液的质量都变为 2 倍，ΔT 不变；每摩尔水的 ΔH 也不变。
- 溶液密度按 1.00 g/mL 计算，实际略大于 1.00 g/mL
计算 q 时用的质量偏小 → q 偏小 → |ΔH| 偏低。
先用正确校零的分光光度计作出标准曲线（A = εbc），再测样品溶液的吸光度，由标准曲线求浓度。
- 测样品时，比色皿外壁有指纹
光被额外吸收和散射 → 测得的吸光度偏大 → 读出的浓度偏高。
- 测样品前忘了用空白溶液校零，而溶剂在这个波长有少量吸收
样品的吸光度里多了溶剂的部分 → A 偏大 → 浓度偏高。
- 稀释样品时多加了水，计算时仍按原定的稀释倍数换算
测的溶液比预想的稀 → A 偏小 → 换算出的原样品浓度偏低。
- 换用另一个同样规格（光程相同）的干净比色皿
光程 b 不变、比色皿干净，吸光度不变 → 结果不变。
例题 1：设计实验测定未知酸的摩尔质量
实验室有一种未知的一元固体酸、已知浓度的 NaOH 溶液、酚酞、分析天平和常用玻璃仪器。设计实验测定这种酸的摩尔质量。
-
确定要算的量和公式。 摩尔质量 = 质量 ÷ 物质的量；一元酸与 NaOH 按 1 : 1 反应，所以：
-
需要测量的量。 酸的质量（分析天平）和到达终点时消耗的 NaOH 体积（滴定管）。
-
步骤。
- 用分析天平称取约 0.2 g 酸，记录准确质量，放入锥形瓶，加适量蒸馏水溶解，加 2–3 滴酚酞；
- 滴定管先用蒸馏水洗，再用少量 NaOH 溶液润洗 2–3 次，然后装满，记录初读数；
- 边滴边摇，滴到溶液出现浅粉色且半分钟不褪色，记录终读数。
-
计算和重复。 V(NaOH) = 终读数 − 初读数，代入公式求 M；再做两次，取平均值。
例题 2：误差的推理链
在例题 1 中，称量后转移固体时，有一小部分酸洒在了锥形瓶外（记录的质量没有改）。测得的摩尔质量偏高还是偏低？
-
哪个测量值变了？ 记录的质量 m 没变；但实际进入锥形瓶的酸少了，滴定时消耗的 NaOH 也少了：V(NaOH) 偏小。
-
它在公式的什么位置？
V(NaOH) 在分母上。
-
结论。 分母偏小、分子不变 → M 偏高。
-
写成完整的答案。 “洒出了一部分酸，锥形瓶中酸的物质的量减少，消耗的 NaOH 体积偏小，算出的 n(酸) 偏小；而记录的质量不变，所以 M = m/n 偏高。”
- 测 CuSO₄·5H₂O 中结晶水的质量分数：加热不充分，结晶水没有全部失去
测得失去的水偏少 → 结晶水的质量分数偏低。
- 重量分析中，沉淀没有完全干燥就称量（结果为被测元素的质量分数）
称得的质量偏大 → 结果偏高。
- 滴定前，锥形瓶用蒸馏水洗过后没有擦干（结果为酸的浓度）
酸的物质的量不变，消耗的碱也不变。
- 量热实验中搅拌不充分，读到的最高温度偏低（结果为 |ΔH|）
ΔT 偏小 → q 偏小 → |ΔH| 偏低。
- 用排水集气法测 H₂ 的物质的量，没有扣除水的蒸气压
把总压当成 H₂ 的分压 → P(H₂) 偏大 → n 偏高。
- 滴定开始时滴定管尖嘴有气泡，滴定过程中气泡消失（结果为酸的浓度）
读出的体积包含气泡的体积 → V(碱) 偏大 → 浓度偏高。
- 测金属的比热容：热金属移入水中时散失了一些热量
水吸收的热量偏少 → 算出的金属比热容偏低。
- 天平每次读数都多 0.02 g，但样品质量用“加样前后两次称量相减”得到
两次读数的偏差相减抵消。
常见误区
误区 1：“误差来源写‘人为误差’就行。” 评分标准要的是具体的操作（例如“读终点时俯视滴定管”）和它对测量值的影响（“读数偏小”），再推到结果。笼统的说法不得分。
误区 2：“多做几次就能消除所有误差。” 重复测量只能减小偶然误差。系统误差每次都朝同一方向偏，取平均也去不掉，要改进方法或校准仪器。
误区 3：“误差总是让结果偏低。” 方向由公式决定：受影响的量在分子上还是分母上、是偏大还是偏小。每次都要沿公式推一遍。
即时小测
下面哪个是系统误差？
每次都朝同一方向偏的误差是系统误差。
一组数据彼此很接近，但平均值离真实值较远，说明？
接近是精确，偏离真实值是不准确，往往有系统误差。
滴定中 c(酸) = c(碱)·V(碱) ÷ V(酸)。记录的 V(酸) 是 25.00 mL，但移液管实际放出的溶液只有 24.50 mL。测得的 c(酸) 怎样？
实际的酸少 → 消耗的碱少 → V(碱) 偏小，而 V(酸) 仍按 25.00 mL 计算 → c(酸) 偏低。
为什么装 NaOH 之前要用 NaOH 溶液润洗滴定管？
残留的水会稀释滴定剂，使消耗的体积偏大。
研究温度对反应速率的影响时，下列哪个必须保持不变？
温度是自变量，速率是因变量，浓度要控制不变。
量热实验中，减小热量散失的合理改进是？
泡沫杯隔热，盖子减少热量从溶液表面散失。
AP 式练习
用分光光度法测定一份 CuSO₄ 溶液的浓度。实验室有 0.100 mol/L CuSO₄ 标准溶液、容量瓶、移液管、比色皿和分光光度计。
(a) 说明怎样配制一组已知浓度的标准溶液。
(b) 说明怎样用这组溶液作标准曲线。
(c) 测得样品溶液的吸光度后，怎样求出它的浓度？
(d) 测样品前，学生没有用样品溶液润洗比色皿，比色皿里残留了少量蒸馏水。测得的浓度偏高还是偏低？说明理由。
(e) 为什么要在溶液吸收最强的波长下测量？
参考答案与评分要点
(a) 用移液管分别量取不同体积（如 2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL）的 0.100 mol/L 标准溶液，放入 50.00 mL 容量瓶中，加蒸馏水定容到刻度，摇匀，得到一组已知浓度的溶液（c = 0.100 × V ÷ 50.00）。
(b) 选定波长，用蒸馏水（空白）校零；依次测各标准溶液的吸光度；以吸光度为纵轴、浓度为横轴作图，得到一条过原点附近的直线（A = εbc）。
(c) 在同一波长下测样品的吸光度，在标准曲线上找到对应的浓度，或者用直线的斜率计算：c = A ÷ 斜率。
(d) 偏低。残留的水稀释了比色皿中的样品 → 测得的吸光度偏小 → 由标准曲线读出的浓度偏低。
(e) 在吸收最强的波长下，同样的浓度变化引起的吸光度变化最大，测量最灵敏，误差相对最小。
评分要点： (a) 用移液管和容量瓶定量稀释；(b) 校零、测吸光度、作吸光度–浓度图；(c) 由曲线或斜率求浓度；(d) 偏低，并写出推理链；(e) 灵敏度最高。
小结
- 实验设计：目的和公式 → 测量的量和仪器 → 编号的具体步骤 → 控制变量 → 重复。
- 误差方向三步：哪个测量值变了 → 它在公式的什么位置 → 结果偏高、偏低还是不变。
- 系统误差靠改进方法去除，偶然误差靠重复测量减小；误差来源要写具体操作，不写“人为误差”。
AP 提示： 误差题的答案写成“操作 → 测量值偏大（偏小）→ 结果偏高（偏低）”三段。哪怕结论选对了，没有中间这一环，往往拿不到分。