Разбор экспериментальной работы
Структура протокола
Протокол — это описание эксперимента, по которому другой человек может понять, как получен результат, и повторить работу. Для этого в протоколе последовательно указывают условия опыта, исходные измерения, расчёты и выводы.
- Сформулируйте цель и кратко изложите методику или дайте ссылку на её описание.
- Перечислите реактивы и оборудование. Укажите концентрации и квалификацию реактивов, а также использованную посуду.
- Составьте таблицу сырых данных: запишите все непосредственно измеренные величины с единицами и точностью прибора.
- Опишите наблюдения: цвета, образование осадков, выделение газов и время.
- Приведите уравнения реакций, на которых основан опыт.
- Покажите расчёт: запишите формулы, подставьте значения и приведите результат. В промежуточных числах сохраняйте запасную значащую цифру.
- Запишите результат в виде «среднее ± погрешность».
- В обсуждении сравните результат с ожидаемым и рассмотрите источники ошибок.
- Сформулируйте выводы и предложения по улучшению работы.
boltЕдиницы измерения в расчёте
Ошибка в 1000 раз нередко возникает из-за путаницы единиц: мл принимают за л или мг за г. Поэтому указывайте единицы при каждом числе в расчёте, а не только в ответе.
Анализ ошибок
Чтобы оценить надёжность результата, нужно рассмотреть возможные ошибки измерений. Для каждой ошибки выясняют, какая величина изменилась, в какую сторону из-за этого сместился вычисленный результат и насколько велико смещение.
| Возможная ошибка | Что меняется | Влияние на результат |
|---|---|---|
| Лишняя капля титранта (0,04 мл при 20 мл). | Измеренный объём \(V\) титранта больше необходимого. | Вычисленный результат завышен на 0,2 %. |
| Навеска влажная (1 % воды). | Масса вещества в навеске меньше принятой в расчёте. | Расчётная концентрация стандарта завышена примерно на 1 %. |
| Часть осадка потеряна при переносе. | Измеренная масса осадка меньше. | Результат занижен. |
| Осадок не досушен. | Измеренная масса осадка больше. | Результат завышен. |
| Газ растворился в воде. | Измеренный объём газа меньше. | Результат занижен. |
Оценка величины ошибки помогает определить, что исправлять прежде всего. Например, влияние лишней капли титранта составляет 0,2 %, тогда как потери газа при растворении могут привести к отклонению на 5 %. Сначала следует устранить более значимый источник ошибки.
edit_noteРезультат ниже теории на 5 %
Объём \(\ce{CO2}\), полученного из мрамора и собранного над водой, оказался на 5 % меньше ожидаемого. Возможные причины занижения — растворение \(\ce{CO2}\) в воде, которое может дать отклонение в единицы процентов, и утечки газа. Если же при пересчёте объёма забыли вычесть давление водяного пара, рассчитанный объём газа был бы завышен, а не занижен. Потери при растворении можно уменьшить, собирая газ над насыщенным раствором соли. Другой способ определить количество газа — взвесить убыль массы прибора.
Улучшение методики и проверка вывода
После анализа ошибок предлагают изменения методики. Выбор зависит от того, какую причину отклонения нужно устранить или проверить:
- Чтобы уменьшить случайную ошибку, которая меняется от опыта к опыту, проведите больше параллельных опытов, возьмите большие навески и объёмы и используйте более точную посуду.
- Чтобы выявить систематическую ошибку, которая смещает результаты в одну сторону, проанализируйте стандартный образец, проведите холостой опыт или примените другой метод. Например, вместо определения по объёму газа — газометрии — можно использовать определение по массе — гравиметрию.
- Чтобы устранить установленную причину ошибки, измените промывную жидкость, осушитель, индикатор или условия опыта.
Проверочный опыт нужен для того, чтобы различить конкурирующие объяснения. Если объём газа занижен из-за растворения в воде, при повторном сборе над насыщенным раствором соли результат должен стать ближе к теоретическому. Если причина в утечке, результат должен улучшиться после проверки герметичности прибора.
boltИзменение одного фактора
Проверяя гипотезу, изменяйте в повторном опыте только один фактор. Иначе нельзя будет установить, какое именно изменение методики повлияло на результат.
auto_awesomeВоспроизводимость в науке
Ошибочные выводы в науке чаще всего связаны не с ошибками расчёта, а с неучтённой систематической ошибкой. Поэтому важные результаты проверяют независимыми методами в разных лабораториях — от определения атомных масс до констант равновесия.
push_pinГлавное
Протокол позволяет повторить опыт и проверить вывод: он содержит цель и методику со ссылкой при необходимости, сведения о реактивах и оборудовании, таблицу сырых данных, наблюдения, уравнения реакций, расчёт с формулами и единицами, результат с погрешностью, обсуждение и предложения. При анализе ошибок выясняют, как каждая из них меняет измеряемую величину, в какую сторону смещает результат и насколько велик её вклад. Например, лишняя капля титранта объёмом 0,04 мл при расходе 20 мл завышает результат на 0,2 %. Улучшить методику помогают большие навески, параллельные опыты, анализ стандартного образца и холостой опыт; другой метод позволяет независимо проверить вывод.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.