高中化學/化學中的測量
- 定義定性和定量觀察。
- 區分定性和定量觀察。
- 在測量中使用定量觀察。
- 說明化學中使用的不同測量系統。
- 說明公制系統中使用的不同字首。
- 進行單位換算。
- 使用科學記數法和有效數字。
- 使用基本計算和量綱分析。
- 在化學中使用數學方程式。
科學方法的步驟之一是觀察。觀察涉及記錄我們想要調查的現象的相關資料。有兩種不同型別的觀察，稱為定性和定量。定性觀察僅涉及文字，而定量觀察則涉及文字和數字。雖然我們對現象進行的所有觀察都有價值，但定量觀察比定性觀察更有幫助。定性觀察在本質上有些模糊，因為它們涉及比較術語。
定性觀察的一個例子是“出勤管理員是一位身材嬌小的女性”。如果觀察者身高6英尺4英寸，他/她可能會將一位身高5英尺8英寸的女性稱為“嬌小”。但是，如果觀察者將此觀察結果報告給一位身高5英尺2英寸的人，則聽者將無法很好地瞭解出勤管理員的身高，因為他們不會認為一位身高5英尺8英寸的女性是嬌小的（圖2.1）。
描述“一位嬌小的女性”可以指任何身高在2英尺到6英尺之間的女性，具體取決於誰在觀察。同樣，“一輛小型汽車”可以指從緊湊型汽車到兒童玩具汽車的任何東西。單詞“嬌小”是一個比較術語。對於“高”、“快”、“慢”、“熱”和“冷”等詞也是如此。這些詞沒有確切的含義。
另一方面，定量觀察與數字和單位相關聯，因此更精確（表2.1）。即使數字只是一個估計值，它也比沒有數字更有價值。
| 定性（僅文字） | 定量（文字和數字） |
|---|---|
| 這個女孩幾乎沒有錢。 | 這個女孩有85美分。 |
| 這個男人很矮。 | 這個男人身高5英尺2英寸。 |
| 使用一個小試管。 | 使用長度小於12釐米的試管。 |
| 到我家步行距離很短。 | 到我家大約有1英里。 |
您可以看到，即使數字是估計值，定量觀察也包含更多資訊，因為觀察結果與數字相關聯。（有些人可能不認為步行一英里很短，即使上述情況下的說話者確實如此。如果無法使用實際的測量儀器，觀察者應始終嘗試估計測量值，以便觀察結果與數字相關聯。
雖然估計的測量值可能不準確，但它們很有價值，因為它們為觀察建立了近似大小。觀察結果“汽車很小”為我們提供了一些資訊。我們知道該物體是一種汽車（可能是真實的，也可能是玩具），並且我們知道它可能比豪華轎車小，因為幾乎沒有人會將豪華轎車描述為“小”。假設改為觀察結果為“汽車大約3英尺高，3英尺長，2英尺寬”。雖然這些估計的測量值不能被認為是準確的，但我們現在知道我們不是在處理緊湊型汽車，也不是在處理像Hot Wheels這樣的玩具汽車。透過這些估計的測量值，我們知道我們正在處理一輛大約與三輪車大小的汽車。如果我們後來發現汽車實際上只有2英尺高而不是3英尺高，這不是問題，因為我們知道最初的觀察結果是估計值，因為它包含了“大約”這個詞。如果我們無法實際測量物體，則估計值是極好的觀察結果。估計測量值屬於定量觀察。
以下是一些可能對您進行估計觀察有幫助的資訊。從食指頂部到第一個指關節的距離約為一英寸。整個食指大約3英寸長。您的腳可能在8到12英寸之間。您的身高可能在5到6英尺之間。從手腕到肘部的距離約為一英尺。一枚25美分的硬幣直徑約為一英寸，美元紙幣寬度約為2.5英寸，長度約為6英寸（圖2.2）。
在科學中，準確的定量觀察比定性觀察更有用。當我們談論準確的定量測量時，我們實際上指的是測量。準確的測量對於科學至關重要。世界上有許多測量系統，但只有一個在科學中始終使用。該系統稱為國際單位制，縮寫為SI單位。您可能已經熟悉SI系統的一部分，因為SI系統的一部分稱為公制系統。
當您站在浴室體重秤上時，您最有可能在考慮確定您的體重，對吧？您可能沒有想過自己是否增加了質量。那麼使用這兩個術語中的任何一個是否可以呢？
雖然我們經常互換使用質量和重量，但每個術語都有其特定的定義和用法。物體的質量不會改變；無論物體是在地球赤道上、珠穆朗瑪峰頂上還是在太空，質量都將保持不變。由於質量測量物體包含多少物質，因此它必須是一個常數。
另一方面，重量是物體被地球或其所處物體吸引的力的量度。由於地球表面的每個點的重力都不相同，因此物體的重量不是恆定的。例如，在巴拿馬重1.00000磅的物體在冰島重1.00412磅。對於大型物體，這種差異可能不顯著。但是，由於我們通常會處理極小的物質——原子、分子等——我們需要使用質量而不是重量。
國際單位制（SI來自法語名稱Systeme Internationale）中質量的基本單位是克。與例如一磅相比，克是一個相對較小的測量值。454克等於一磅。雖然磅有助於測量需要郵寄的包裹的質量，但克在科學中更有用。
一克等於1000毫克或0.001千克；在每個質量單位之間還有許多中間測量值，以及更大或更小的測量值，這些測量值可能適用於手頭的應用。這些將在後面的章節中詳細討論。
1954年5月6日，羅傑·班尼斯特實現了四分鐘英里，這在國際上引起了轟動。如今，許多跑步者打破了這一紀錄。只有少數國家使用英里、英尺或英寸來測量長度或距離。例如，如果您住在美國，您可能知道自己的身高以英尺和英寸為單位，對吧？或者，如果您居住的地方附近有山或丘陵，您可能知道它的高度以英尺為單位。當您討論學校離家有多遠時，您可能試圖以英里為單位計算距離。
然而，世界上大多數地方使用米和公里來測量距離；對於較短的長度，則使用毫米和釐米。對於德國的一名學生來說，她會說明她的學校離家有多遠（用公里表示），她想攀登的山的高度將以米為單位給出（圖 2.3）。
體積用於測量物體佔據的空間大小。它是一個匯出單位，這意味著它基於另一個基本的 SI 單位——在本例中，米（長度）用於測量立方體的邊長，從而確定一定的體積。該體積被確定為立方米，m3，用作體積的標準 SI 單位。這是一個非常大的單位，對於化學中的大多數測量來說並不實用。一個更常用的單位是升（L），它等於立方米的 1/1000。另一個常用的體積測量單位是毫升；1000 mL = 1 L。
一升是你可能最近購買並放在家裡的冰箱裡的汽水瓶的體積。你的冰箱裡可能還有一夸脫牛奶。即使升容器和牛奶盒的大小看起來可能不一樣，但事實上，它們的體積幾乎完全相同。夸脫的體積略小於升（1 L = 1.057 夸脫）。只是包裝不同而已！
為了討論溫度標度，讓我們簡要比較一下熱量和溫度的概念。熱量是動能總量的測量，而溫度描述的是熱的強度，或者通常所說的物質的平均動能。當我們測量物體的溫度時，我們是在測量它的平均動能。為此，我們使用攝氏和開爾文標度。科學家通常不使用華氏標度。開爾文（單位不使用大寫字母）中一度的大小與 1 攝氏度相同。不同之處在於開爾文標度以絕對零度開始，即所有運動停止的溫度。要在這兩個標度之間進行轉換，可以使用：K = °C + 273。因此，在開爾文標度上，水的冰點為 273 K，沸點為 373 K。
你可能需要注意以下幾點：雖然化學中的大多數數學計算都需要將攝氏溫度轉換為開爾文，但當你得到溫差 ΔT 時，你不需要將其轉換為開爾文！無論以攝氏度還是開爾文表示，溫差都是一樣的。
- 質量的國際單位制單位是克。
- 長度的國際單位制單位是米。
- 體積單位源自每邊長 1.00 米的立方體；因此，體積單位是立方米。一個更常用的單位是升，它是 立方米。
- SI 使用攝氏度 (°C) 和開爾文 (K) 作為溫度單位。K = °C + 273。
- 在米制系統中，長度和質量的基本測量單位是什麼？
- 什麼單位用於測量體積？這個單位與長度的測量有什麼關係？
- 解釋重量和質量的區別。
- 給出水的沸點和冰點在攝氏和開爾文標度下的值。
- 如何將攝氏度轉換為開爾文？1 攝氏度與 1 開爾文相比如何？
- 如果有人告訴你游泳池的溫度是 275 K，你是否可以安全地去游泳？
- 確定你將使用哪種公制測量單位來測量以下內容
- (a) 到月球的距離。
- (b) 一個甜甜圈的質量。
- (c) 一隻飲水杯的體積。
- (d) 你小手指的長度。
- 國際單位制，SI
- 國際單位制是米制系統的現代形式，通常是一個圍繞 10 的倍數設計的系統。
- 開爾文溫標
- 開爾文是溫度增量的單位，是七個 SI 基本單位之一。開爾文標度是熱力學絕對溫標，其中絕對零度表示所有熱量的缺失。在 K = 0 時，沒有分子運動。開爾文不稱為“度”，它寫成 K，而不是 °K。
本材料改編自可在此處找到的原始 CK-12 書籍。此作品根據知識共享署名-相同方式共享 3.0 美國許可釋出