“紅磷燃燒前后質(zhì)量的測定”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及延伸

文 劉厚安 李德前

為了研究化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，人民教育出版社2012年出版的義務(wù)教育教科書《化學(xué)》(九年級上冊)第93頁設(shè)計(jì)了“紅磷燃燒前后質(zhì)量的測定”實(shí)驗(yàn)。在尊重原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)意圖、保留原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)功能的前提下，筆者對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

一、教科書中實(shí)驗(yàn)的不足之處

利用教科書上設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置(如圖1所示)探究質(zhì)量守恒定律時(shí)，雖然實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，但實(shí)驗(yàn)裝置的組裝比較麻煩，需要將小氣球、玻璃管、單孔橡皮塞、錐形瓶、細(xì)沙等多種實(shí)驗(yàn)用品準(zhǔn)確有序地連接起來，操作很不方便。尤其是用熱的玻璃管末端點(diǎn)燃紅磷時(shí)，既要準(zhǔn)確接觸紅磷，又要讓橡皮塞及時(shí)封閉錐形瓶瓶口，還要防止玻璃棒末端搗壞錐形瓶底部。

圖1

二、對教科書中實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

在教學(xué)中，筆者采用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中的“替換法”(通過更換不同性能的材料優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)嶒?yàn)方法，從而產(chǎn)生更好的實(shí)驗(yàn)效果[1])，并利用食品包裝玻璃瓶對該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)。

1.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示(托盤天平?jīng)]有畫出)。

圖2

主要實(shí)驗(yàn)用品是帶有鐵質(zhì)瓶蓋的120 mL的“老干媽香辣醬”玻璃包裝瓶。此類玻璃包裝瓶國家標(biāo)準(zhǔn)對其耐壓要求為－1至＋2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，抗熱震性要求是耐急冷溫差42 ℃[2]。因此實(shí)驗(yàn)中只要?dú)怏w體積膨脹不超過瓶子容積的3倍，一般不會爆瓶。筆者使用這種玻璃包裝瓶已做此實(shí)驗(yàn)近20次，至今完好無損。

2.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作

(1)取一個(gè)120 mL的“老干媽香辣醬”玻璃包裝瓶(凈含量是200 g)洗干凈，晾干，備用。

(2)旋下鐵質(zhì)瓶蓋，倒立在桌面上，并在瓶蓋中間放置黃豆粒大小的紅磷(或白磷)，然后將倒立的玻璃瓶旋緊在瓶蓋上。

(3)將此玻璃瓶倒立在托盤天平的左盤上，并用砝碼平衡，記下第一次的稱量值。

(4)從托盤天平上取下倒立的玻璃瓶，用手拿著(玻璃瓶仍要倒立)，讓酒精燈外焰對著紅磷(或白磷)加熱。由于鐵的導(dǎo)熱性能好，因此稍微加熱磷就能燃燒起來，同時(shí)伴隨濃厚的白煙。

(5)等到玻璃瓶冷卻后，再將其倒立在托盤天平的左盤上進(jìn)行第二次稱量，發(fā)現(xiàn)稱量值沒有改變，從而說明“反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和保持不變”。

(6)若課堂教學(xué)時(shí)間允許，接下來還能利用此裝置延伸出“測量空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)”的實(shí)驗(yàn)，操作步驟是：將玻璃瓶倒立在水中，再旋開鐵質(zhì)瓶蓋，發(fā)現(xiàn)有水進(jìn)入玻璃瓶內(nèi)，并且玻璃瓶內(nèi)水的體積約是玻璃瓶容積的1/5(如圖3所示)。

圖3

三、實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)

在本實(shí)驗(yàn)中，磷的燃燒反應(yīng)會加速鐵質(zhì)瓶蓋的腐蝕和破損，因此為了確保安全和實(shí)驗(yàn)成功，鐵質(zhì)瓶蓋在經(jīng)歷10次左右的實(shí)驗(yàn)后，就要及時(shí)更換。

四、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

(1)實(shí)驗(yàn)裝置簡單，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙，實(shí)驗(yàn)操作簡便，提高了課堂教學(xué)效率。

(2)一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置能進(jìn)行兩個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

(3)利用生活中的廢舊物品進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生開展課外探究活動(dòng)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

[1] 李德前.例談初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的思維方法進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué),2013(3):65-68.

[2] 全國日用玻璃搪瓷標(biāo)準(zhǔn)化中心.GB 4547-2007-T 玻璃容器抗熱震性和熱震耐久性試驗(yàn)方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.