質量守恒定律探究實驗再改進

盧天宇 艾進達

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

關鍵詞：質量守恒定律;探究實驗;改進設計

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

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.026

質量守恒定律是初中化學的一個重要規律，其應用貫穿于整個中學化學。在此之前，學生習得了分子、原子、元素符號和化學式等知識，初步形成一定微觀想象能力。質量守恒定律引領學生對化學反應從定性認知深化到定量探究，為后續書寫化學方程式及計算等做鋪墊，在知識結構上起到承上啟下的橋梁作用。

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

第一類設計與學生剛剛建立的守恒概念產生較大沖突，單一的“敞開體系”設計不利于學生理解氣體逸出前存在的“質量守恒”。第二類設計因氣球膨脹導致浮力增大，對稱量結果影響較大。第三種設計，氣密性差，生成氣體的氣壓大易沖開瓶塞。第四種設計，從“密閉體系”到“敞開體系”，由于生成的氣體質量略少，氣體逸出后產生的質量差較小，數據不顯著。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裝置，對實驗進行改進。

三、操作要點

（1）在過濾網上放入若干（8至10顆）粒石灰石，水杯中倒入一定量（60-80mL）的1：3鹽酸。將過濾網放進水杯，擰緊杯蓋，把整個裝置正放到電子天平上，稱量，把反應前的質量記錄為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。讓反應進行20至30秒，然后正立裝置，石灰石與稀鹽酸分開，反應停止，稱量，記錄反應后的質量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，記錄反應后敞開體系的質量m3。

（4）實驗數據記錄如表1，從數據可見，在密閉體系下，m1=m2，化學反應前后質量總和是相等的。除去儀器、未參加反應的石灰石和稀鹽酸的質量，可推出參加反應的各物質的質量總和，等于反應后生成的各物質的質量總和。敞開體系下，m1>m3，化學反應前質量總和大于反應后，結合實驗現象可知，是由于氣體外逸所致。

四、改進優點

（1）密封性良好的塑料水杯價格便宜，簡單易得，可操作性強，在一線教學進行的學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，實驗裝置可反復多次使用。改進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，同時構建了該反應的密閉體系與敞開體系。

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

（4）由于水杯形狀穩定，大量的二氧化碳氣體只導致水杯發生微小形變，解決了氣體引起浮力而影響稱量的問題。

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