有效數字和計算規(guī)則


有效數字是指實際上能測量到的數值,在該數值中只有最后一位是可疑數字,其余的均為可靠數字。它的實際意義在于有效數字能反映出測量時的準確程度。例如,用最小刻度為0.1cm的直尺量出某物體的長度為11.23cm,顯然這個數值的前3位數是準確的,而最后一位數字就不是那么可靠,因為它是測試者估計出來的,這個物體的長度可能是11.24cm,亦可能是11.22cm,測量的結果有±0.01cm的誤差。我們把這個數值的前面3位可靠數字和最后一位可疑數字稱為有效數字。這個數值就是四位有效數字。
在確定有效數字位數時,特別需要指出的是數字“0”來表示實際測量結果時,它便是有效數字。例如,分析天平稱得的物體質量為7.1560g,滴定時滴定管讀數為20.05mL,這兩個數值中的“0”都是有效數字。在0.006g中的“0”只起到定位作用,不是有效數字。
在計算中常會遇到下列兩種情況:一是化學計量關系中的分數和倍數,這些數不是測量所得,它們的有效數字位數可視為無限多位;另一種情況是關于pH、pK和lgK等對數值,其有效數字的位數僅取決于小數部分的位數,因為整數部分只與該真數中的10的方次有關。例如,pH=13.15為兩位有效數字,整數部分13不是有效數字。若將其表示成[H+]=7.1×10-14,就可以看出13的作用僅是確定了[H+]在10-14數量級上,其數學意義與確定小數點位置的“0”相同。
在滴定分析中,實驗數據的記錄只應保留一位可疑數字,結果的計算和數據處理均應按有效數字的計算規(guī)則進行。
在進行加減運算時,有效數字取舍以小數點后位數最少的數值為準。例如,0.0231、24.57和1.16832三個數相加,24.57的數值小數點后位數最少,故其他數值也應取小數點后兩位,其結果是
0.02+24.57+1.17=25.76
在乘除運算中,應以有效數字最少的為準。例如,0.0231、24.57和1.16832三個數相乘,0.0231的有效數字最少,只有3位,故其他數字也只取3位。運算的結果也保留3位有效數字:
0.0231×24.6×1.17=0.665
在對數運算中,所取對數的位數應與真數的有效數字位數相同。例如,lg9.6的真數有兩位有效數字,則對數應為0.98,不應該是0.982或0.9823.又如[H+]為3.0×10-2mol?L-1時,PH應為1.52.
正確運用有效數字規(guī)則進行運算,不但能夠反映出計算結果的可信程度,而且能大大簡化計算過程。在滴定分析中一般常采用四位有效數字。
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