對“質量守恒定律改進實驗”的商榷與優化

魏雅寧 李德前

摘要：對有關文獻中兩個質量守恒定律改進實驗提出商榷，并依據科學性的原則進一步優化;研究表明，改進“紅磷燃燒前后質量的測定”實驗時不能將紅磷更換為火柴頭，因為火柴頭上不含磷;改進“鹽酸與碳酸鈉反應前后質量的測定”實驗時不能用氣球封閉容器口，因為氣球膨脹所受浮力對實驗的影響較大。

關鍵詞：質量守恒定律;改進實驗;商榷;優化

文章編號：1008-0546（2020）09-0095-02

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

我們發現，2020年第1期《化學教與學》中張激、陳婷鈺、曾婷等同志撰寫的《探究質量守恒定律的實驗改進與創新》一文（以下簡稱“張文”）涉及的幾個改進方案，有的值得商榷。

一、“紅磷燃燒前后質量的測定”實驗

現行人教版九年級化學教科書中編排的“紅磷燃燒前后質量的測定”實驗，其裝置（見圖1）組裝麻煩，操作也較為繁瑣。

張文中給出的改進方案是“將紅磷更換為火柴，裝入封閉的試管里加熱”，改進裝置如圖2所示。

由于該實驗體系中存在多個化學反應，而我們實驗中測定的是“反應前后的總質量”，顯然據此無法推出其中的某個化學反應在反應前后的質量是否改變。

因此，一個質量守恒定律實驗只能涉及一個獨立的化學反應，同一反應體系內絕不能涉及兩個或多個化學反應。

2.對改進方案的再優化

張文中的改進實驗裝置（見圖2）還是很簡約的，我們借用該裝置、仍然使用紅磷，即可達到原理不變、裝置簡化、操作方便的效果。

另外，還可以改用鐵質瓶蓋的玻璃包裝瓶進行實驗（見圖3）。查閱有關的國家標準可知，食品包裝玻璃瓶的耐壓值為-1atm～2atm，對其加熱是不會發生爆裂的，這樣實驗體系內紅磷燃燒前后的質量一定保持不變。

二、“鹽酸與碳酸鈉粉末反應前后質量的測定”實驗

現行人教版初中化學教科書中編排的“鹽酸與碳酸鈉粉末反應前后質量的測定”實驗是在燒杯中進行的（見圖4），由于二氧化碳氣體逸出實驗體系，導致反應后的質量變小了。

在課堂教學中，教師都會引導學生對此敞口實驗體系進行改進，以使反應前后的質量保持不變。張文中提供了三套有關的改進方案，其中的一套是“借助用氣球封閉的錐形瓶，進行反應前后質量的測定實驗”（裝置見圖5）。

1.改進實驗存在的問題

我們利用圖5所示的改進裝置，分別使用托盤天平（精確度0.1g）、電子天平（精確度0.01g）測量反應后的質量，有關的實驗數據見表1：

上述實驗說明，隨著氣球的膨脹，空氣對氣球的浮力增大，導致天平失去平衡，反應后的稱量值也明顯減小。

因此，有氣體放出的質量守恒定律實驗不能用小氣球封閉容器口。

2.對改進方案的再優化

我們利用密閉的碳酸飲料塑料瓶（其耐壓值約為10kg/cm2～20kg/cm2）進行“鹽酸與碳酸鹽反應前后質量的測定”實驗（傾斜瓶子即反應，正立瓶子反應停止，見圖6），只要控制反應生成的二氧化碳體積不超過瓶子容積的4倍，碳酸飲料塑料瓶就不會爆裂。

總之，我們一線化學教師在進行實驗創新時，必須確保改進方案的科學性，這是實驗創新的紅線、底線，絕不能對改進方案想當然，也不能對實驗設計紙上談兵。作為高級思維指導下的實踐活動，實驗改進必須理性構思、不斷修正、反復試驗，這樣才能獲得簡約直觀、安全環保、富有思維的實驗創新方案。