化学实验数据处理指南：实验记录与有效数字运算规则

化学实验数据处理指南：实验记录与有效数字运算规则

化学实验中的数据记录和处理是确保实验结果准确性和可靠性的关键环节。本文将详细介绍化学实验中实验记录的基本要求、实验结果的表达方法以及有效数字及其运算规则，帮助读者更好地理解和掌握化学实验数据处理的核心要点。

实验记录

化学实验中的各种测量数据及有关现象应及时、准确、详细而如实地记录在专门的实验原始记录本上，切忌带有主观因素，更不能随意抄袭、拼凑或伪造数据。实验记录是化学实验工作原始情况的记载，其基本要求如下。

1. 用钢笔或圆珠笔填写，对文字记录应简单、明了、清晰、工整，对数据记录，要尽量采用一定的表格形式。
2. 实验中涉及到的各种特殊仪器的型号、实验条件、标准溶液浓度等应及时记录。
3. 记录实验数据时，只能保留最后一位可疑数字。例如，常用滴定管的最小刻度是0.lmL，而读数时要读到0.01mL。如某一滴定管中溶液的体积读数为23.35mL，其中前三位数字是准确读取的，而最后一位5是估读的，有人可能估计为4或6，即有正负一个单位的误差，该溶液的实际体积是在 (23.35± 0.01)mL范围内的某一数值。
   有效数字保留的位数，应根据分析方法与仪器的准确度来决定，一般使测得的数值中只有最后一位是可疑的。例如在电子分析天平上称取试样0.5000g，这不仅表明试样的质量0.5000g，还表明称量的误差在±0.0002g以内。如将其质量记录成0.50g，则表明该试样是在台秤上称量的，其称量误差为0.02g，故记录数据的位数不能任意增加或减少。我们用电子分析天平称量时，记录的质量数值都在小数点后四位，但是有效数字却不一样。

对于滴定管、移液管和吸量管，它们都能准确测量溶液体积到0.01mL。所以当用25mL滴定管测定溶液体积时，如测量体积大于10mL小于25mL时，应记录为4位有效数字。例如写成24.22mL；如测定体积小于10mL，应记录3位有效数字，例如写成8.13 mL。当用25mL移液管移取溶液时，应记录为25.00mL；当用5mL吸量管吸取溶液时，应记录为5.00mL。当用250mL容量瓶配置溶液时，所配溶液体积应即为250.0mL。当用50mL容量瓶配制溶液时，应记录为50.00mL。

总而言之，测量结果所记录的数字，应与所用仪器测量的准确度相适应。
4. 原始数据不准随意涂改，不能缺项。在实验中，如发现数据测错、记错或算错需要改动时，可将该数据用一横线划去，并在其上方写上正确数字，不能画圈、涂黑等。

实验结果的表达

取得实验数据后，应进行整理、归纳，并以简明的方法表达实验结果，最常用的是列表法。

将实验数据中的自变量和因变量数值按一定形式和顺序一一对应列成表格，这种表达方式称为列表法。列表时应注意以下几点。

1. 一个完整的数据表。应包括表的序号、名称、项目、说明及数据来源。
2. 原始数据表格，应记录包括重复测量结果的每个数据，在表内或表外适当位置应注明如室温、大气压、温度、日期与时间、仪器与方法等条件。直接测量的数值可与处理的结果并列在一张表上，必要时在表的下方注明数据的处理方法或计算公式。
3. 表中所列数值的有效数字要记至第一位可疑数字；每一行所纪录的数字排列要整齐，同一纵行数字的小数点要对齐，以便互相比较。数值为零时记作“0”，数值空缺时应记一横线“—”。如用指数表示，可将指数放在行名旁，但此时指数上的正负应异号。

有效数字及其运算规则

1. 有效数字

有效数字是指在测量中实际能测量到的数字。因此，在记录测量数据和计算结果时，应根据所使用仪器的精确程度 (即仪器的最小刻度)，必须使所保留的有效数字中，只有最后一位是估计的。可见，有效数字是由全部准确的数字和一位可疑数字构成的。

2. 有效数字的位数

确定有效数字的位数时应注意如下几点。

• 有效数字中的“0”有不同的意义。
• “0”在数字前，仅起定位作用，“0”本身不是有效数字。如0.256，是三位有效数字；0.05，是一位有效数字。
• “0”在数字中，则是有效数字。如25.08，是四位有效数字，1.0002是五位有效数字。
• “0”在小数点后，也是有效数字。如25.00、0.5000、20.30都是四位有效数字；0.0080是两位有效数字。
• 以“0”结尾的正整数，其有效数字的位数不定。如25000，可能是两位、三位、四位，甚至是五位有效数字。这种数值应根据有效数字的位数情况，用科学记数法改写为10的整数次幂来表示。若是两位，则写成2.5×104；若是三位，则写成2.50×104；若是五位，则写成2.5000×104。
• 含有对数的有效数字位数的确定，取决于小数部分数字的位数。整数部分只说明这个数的方次。如pH=11.02的溶液，[H+]=9.6×10-12mol/L，是二位有效数字。
• 百分数或千分数的有效数字的位数，取决于小数部分数字的位数。如55.08%是四位有效数字，0.30‰是两位有效数字，0.007%是一位有效数字。
• 对于计算公式中所含的自然数，如测定次数n=4，化学反应计量系数2、3、π、e等常数，21/2、1/2等系数均不是测量所得，可视为有足够多的有效数字。
• 在进行单位换算时，有效数字的位数不能改变。如20.30mL=0.02030L，是四位有效数字；14.0g=1.40×104mg，是三位有效数字，不可写成14000mg。

3. 数字修约规则

实验的最终结果，常常需要对若干测量参数经各种数学运算才能求得，而各测量参数有效数字的位数又不尽相同，在计算时应弃去多余的数字进行修约。对数字的修约过去采用“四舍五入”的原则。显然逢5就进位的办法，从统计规律分析，会使数据偏向高的一边，引起系统的舍入误差。目前国家标准 (GB)规定采用 “四舍六入五取舍”的规则修约。其修约规则见表。

• 数字"0"视为偶数
• 不可修约为4.8546 → 4.855→4.86。

4. 有效数字的运算规则

对测量数值进行运算时，每个测量值的准确程度不一定完全相等，必须按有效数字的运算规则进行计算。

• 加减法：几个数据相加或相减时，它们的和或差的有效数字位数的保留，应以小数点后位数最少即绝对误差最大的数据为准。将其他数据按数字修约规则修约多余数字后，再相加减，例如：
• 乘除法 几个数据相乘或相除时，它们积或商的有效数字位数应以有效数字位数最少即相对误差最大的数据为准。将其他数据按修约规则修约后，再进行计算，例如：
  
• 乘方和开方 对测量数值进行乘方或开方运算时，原数值有几位有效数字，计算结果就可保留几位有效数字。
  例如，122=144=1.4×102, 又如，(2.28×103)1/3=13.161688731=13.2。

如需要对原始数据进行计算，参照上述计算规则。在实验报告中，溶液浓度的结果保留四位有效数字，极差/平均值（%）的结果保留到小数点后两位。

例NaCl溶液的浓度为0.01547mol/L； Na2CO3溶液的浓度为0.008547mol/L。

极差/平均值（%）=0.01%； 极差/平均值（%）=2.34%。

附：任务工单模板

计算过程：

=

=0.09574 mol/L

同理： c2=0.09580 mol/L ; c3=0.09524 mol/L

c平均=(0.09574+0.09580+0.09524)/3=0.09560 mol/L

极差/平均值(%)=(最大值-最小值)/ 平均值×100%=(0.09580-0.09524)/0.09560×100%=0.59%

结论：高锰酸钾标准溶液的浓度为 0.09560 mol/L 。

（本文原文来自化学自习室）