質(zhì)量守恒定律探究實驗再改進(jìn)

盧天宇 艾進(jìn)達(dá)

摘要：利用一個帶過濾網(wǎng)的、密封性良好的塑料水杯作為反應(yīng)裝置，以石灰石和稀鹽酸為反應(yīng)試劑，對初中化學(xué)質(zhì)量守恒定律探究實驗進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)裝置簡明，可操作性強，運用于一線課堂的學(xué)生分組實驗取得良好效果。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律;探究實驗;改進(jìn)設(shè)計

文章編號：1008-0546（2019）06-0091-02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.026

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)的一個重要規(guī)律，其應(yīng)用貫穿于整個中學(xué)化學(xué)。在此之前，學(xué)生習(xí)得了分子、原子、元素符號和化學(xué)式等知識，初步形成一定微觀想象能力。質(zhì)量守恒定律引領(lǐng)學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)從定性認(rèn)知深化到定量探究，為后續(xù)書寫化學(xué)方程式及計算等做鋪墊，在知識結(jié)構(gòu)上起到承上啟下的橋梁作用。

探究實驗對學(xué)生理解質(zhì)量守恒定律至關(guān)重要。在探究有氣體生成的化學(xué)反應(yīng)是否遵守質(zhì)量守恒定律的實驗設(shè)計上，當(dāng)前在國內(nèi)已產(chǎn)生廣泛影響的主要有四類（見圖1）：第一類，人教版（2012年）教材所設(shè)計的一個敞開體系，稀鹽酸與碳酸鈉反應(yīng)前后質(zhì)量的測定;第二類，科教版（2012年）設(shè)計的密閉體系，稀鹽酸與石灰石反應(yīng)前后質(zhì)量的測定;第三類，滬教版（2012）在第二類方案基礎(chǔ)上改進(jìn)的密閉體系;第四類，教師改進(jìn)實驗，如利用礦泉水瓶創(chuàng)設(shè)更牢靠的密閉體系，稀鹽酸與石灰石（或碳酸鈉）反應(yīng)前后質(zhì)量的測定。

第一類設(shè)計與學(xué)生剛剛建立的守恒概念產(chǎn)生較大沖突，單一的“敞開體系”設(shè)計不利于學(xué)生理解氣體逸出前存在的“質(zhì)量守恒”。第二類設(shè)計因氣球膨脹導(dǎo)致浮力增大，對稱量結(jié)果影響較大。第三種設(shè)計，氣密性差，生成氣體的氣壓大易沖開瓶塞。第四種設(shè)計，從“密閉體系”到“敞開體系”，由于生成的氣體質(zhì)量略少，氣體逸出后產(chǎn)生的質(zhì)量差較小，數(shù)據(jù)不顯著。綜上，為了更好解決裝置氣密性等問題，利用一個生活中常見的水杯作為反應(yīng)裝置，對實驗進(jìn)行改進(jìn)。

三、操作要點

（1）在過濾網(wǎng)上放入若干（8至10顆）粒石灰石，水杯中倒入一定量（60-80mL）的1：3鹽酸。將過濾網(wǎng)放進(jìn)水杯，擰緊杯蓋，把整個裝置正放到電子天平上，稱量，把反應(yīng)前的質(zhì)量記錄為m1（見圖3）。

（2）倒立裝置，石灰石與稀鹽酸接觸，可以觀察到有大量氣泡冒出。讓反應(yīng)進(jìn)行20至30秒，然后正立裝置，石灰石與稀鹽酸分開，反應(yīng)停止，稱量，記錄反應(yīng)后的質(zhì)量m2。

（3）慢慢擰開杯蓋，防止氣流帶走水蒸氣等。聽見強烈的氣流聲響，二氧化碳逸出，杯蓋斜扣在杯子上。稱量，記錄反應(yīng)后敞開體系的質(zhì)量m3。

（4）實驗數(shù)據(jù)記錄如表1，從數(shù)據(jù)可見，在密閉體系下，m1=m2，化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量總和是相等的。除去儀器、未參加反應(yīng)的石灰石和稀鹽酸的質(zhì)量，可推出參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。敞開體系下，m1>m3，化學(xué)反應(yīng)前質(zhì)量總和大于反應(yīng)后，結(jié)合實驗現(xiàn)象可知，是由于氣體外逸所致。

四、改進(jìn)優(yōu)點

（1）密封性良好的塑料水杯價格便宜，簡單易得，可操作性強，在一線教學(xué)進(jìn)行的學(xué)生分組探究實驗中取得良好的效果。

（2）水杯密封性和抗壓性良好，實驗裝置可反復(fù)多次使用。改進(jìn)裝置有效解決了生成氣體造成氣壓增大而沖開膠塞的難題，同時構(gòu)建了該反應(yīng)的密閉體系與敞開體系。

（3）裝置倒立即實現(xiàn)固液接觸，啟動反應(yīng);裝置正立則固液分離，反應(yīng)停止。操作簡易，有效控制了反應(yīng)的發(fā)生與停止。

（4）由于水杯形狀穩(wěn)定，大量的二氧化碳?xì)怏w只導(dǎo)致水杯發(fā)生微小形變，解決了氣體引起浮力而影響稱量的問題。

（5）改進(jìn)實驗生成的二氧化碳質(zhì)量大，敞開后質(zhì)量差較大，數(shù)據(jù)顯著，采用一般電子天平即可稱量出來。讓學(xué)生更好地頓悟：敞開體系下，有氣體生成的化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量不等，表面上是該化學(xué)反應(yīng)“不遵守”質(zhì)量守恒定律，實則是遵守質(zhì)量守恒定律的。