追疑與改進

袁榮卉

【摘 要】質(zhì)量守恒是初中化學的教學難點，而對于氣體反應前后質(zhì)量關(guān)系的探究更是重點。以滬教版初中化學中，利用硫酸銅與氫氧化鈉溶液反應、稀鹽酸與大理石反應為例，通過反應前后質(zhì)量的測定、分析，以此為追疑，提出教學改進建議。

【關(guān)鍵詞】初中化學;質(zhì)量守恒;實驗探究

質(zhì)量守恒定律是初中化學的重要內(nèi)容，也是對化學變化中物質(zhì)質(zhì)量研究的基本定律。在進行實驗教學時，重點是引領(lǐng)學生認識質(zhì)量守恒定律，并利用質(zhì)量守恒定律進行生活、生產(chǎn)現(xiàn)象的解釋?；瘜W實驗集知識、技能于一身，綜合性較強，需要對多個影響因素進行分析、推理?；瘜W反應中，參與化學反應的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，應該與反應后生成的各物質(zhì)質(zhì)量總和相等。但由于化學實驗呈微觀化，在實驗設(shè)計中往往存在誤差。質(zhì)量守恒定律實驗教學，要精心設(shè)計實驗流程，促進學生思維轉(zhuǎn)換，在解釋和驗證化學規(guī)律中，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

一、關(guān)于質(zhì)量守恒定律的實驗測定

在滬教版九年級化學上冊，結(jié)合硫酸銅與氫氧化鈉溶液的反應，對實驗裝置及藥品進行反應前后質(zhì)量的測定。錐形瓶中加入適量硫酸銅溶液，然后利用滴管滴加氫氧化鈉溶液，觀察實驗前后整體質(zhì)量的變化。在實驗中，滴管與錐形瓶所構(gòu)成的密閉環(huán)境下，反應前后，天平上的砝碼示數(shù)保持不變。同樣，在滬教版教材中，還有石灰石與稀鹽酸發(fā)生反應，對反應前后的質(zhì)量關(guān)系進行探究的實驗。該實驗的目標在于探究實驗中氣體的生成前后，物質(zhì)質(zhì)量的變化情況。由于生成物里包含氣體，因此，在實驗方案設(shè)計時，要注意在密閉容器中進行，并根據(jù)實驗對氣體產(chǎn)生的浮力進行分析。石灰石與稀鹽酸的反應是學生比較熟悉的，但教材中所設(shè)置的實驗部分，為了避免生成的二氧化碳使橡皮塞彈出，在實驗中通過引入石灰水來吸收二氧化碳。這樣一來，對于質(zhì)量守恒定律的驗證難免不合理，因為實驗的目標在于測定反應前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，但同時又涵蓋其他化學反應，實驗前后反應物的總質(zhì)量是否發(fā)生變化，應該是兩個反應共同的結(jié)果，不能作為單一實驗反應前后質(zhì)量守恒的評判依據(jù)。

二、改進后實驗方案存在的問題

在滬教版義務教育階段化學新課標中，對質(zhì)量守恒定律的實驗方案進行了改進，利用注射器緩沖二氧化碳氣體產(chǎn)生的壓強，并對氣體產(chǎn)生的浮力忽略不計。我們通過對實驗方案的改進和實際操作，發(fā)現(xiàn)改進實驗依然存在諸多問題。簡單梳理如下：一是實驗中所需藥品的用量問題。參與化學反應的各種藥品，必須嚴格控制其用量。在該實驗中，由于要產(chǎn)生二氧化碳氣體，如果氣體量太多，橡皮塞可能會因較大壓力而彈出，反而干擾整個實驗的密閉環(huán)境條件。同樣，在進行化學實驗前，也需結(jié)合各反應物的關(guān)系，合理計算相關(guān)藥品的用量，以更好地確保實驗裝置可以進行有效實驗。在稀鹽酸與大理石的反應中，通常每產(chǎn)生0.1g二氧化碳，常溫下其體積約為50ml。以150mL的錐形瓶，輔以50mL的注射器，采用1：5的稀鹽酸5mL進行實驗，在錐形瓶內(nèi)產(chǎn)生的氣泡雖然不多，但注射器活塞上升較快，很快置頂。這樣一來，會帶來橡皮塞彈出的問題。如果加大稀鹽酸的濃度，則錐形瓶內(nèi)氣泡會產(chǎn)生得很多，注射器活塞置頂更快，橡皮塞彈出更快。二是針對注射器的量程問題，為了調(diào)控二氧化碳的生成量及產(chǎn)生的壓力，我們在選擇注射器時，也要對其量程進行合理選擇。如果量程偏小，則可能誘發(fā)實驗未完成，橡皮塞已經(jīng)彈出的問題。二氧化碳氣體質(zhì)量小，但體積大，當選用的注射器量程為10mL時，實驗中5s內(nèi)活塞置頂，橡皮塞彈出;當注射器量程為20mL時，10s內(nèi)發(fā)生橡皮塞彈出;當注射器量程為50mL時，半分鐘后橡皮塞彈出?？梢?，對于二氧化碳氣體的收集，注射器的量程要大于50mL，以確保整個裝置能夠按照實驗預期進行。

三、對改進實驗的追疑

從質(zhì)量守恒定律實驗的改進來看，考慮到藥品的用量，以及注射器的量程問題后，在具體實驗過程中，依然存在稱量前后天平數(shù)據(jù)存在較大誤差的問題。在具體實驗中，我們同樣使用同樣的實驗裝置，選用1：3的稀鹽酸5mL與大理石進行反應，并對實驗前后的總質(zhì)量進行測定。結(jié)果如下：在用50mL注射器實驗時，由于二氧化碳氣體體積較大，整個實驗在天平的承載下，因天平的精度不同而出現(xiàn)不同的反應結(jié)果。當使用實驗精度為0.01g的天平時，氣體產(chǎn)生的浮力忽略不計，但天平并未如實驗目標那樣保持良好的平衡;當天平的精度調(diào)整為0.1g時，氣體所產(chǎn)生的浮力變化，基本在誤差范圍內(nèi)，實驗前后天平保持平衡。可見，在該實驗中，除了對于藥品用量的準確控制，對注射器量程的設(shè)置外，由于產(chǎn)生的二氧化碳氣體，本身的體積較大，所產(chǎn)生的浮力是不能忽略不計的。除非將天平的精確度降低，才能確保天平維持平衡。另外，在使用上述實驗裝置進行實驗中發(fā)現(xiàn)，注射器活塞每上升10mL，天平稱量值會變化0.01g，可見，對于藥品的用量控制，也會給實驗帶來一些干擾。也就是說，在用稀鹽酸與大理石反應進行質(zhì)量守恒定律實驗時，對注射器的選擇和應用，不僅需要關(guān)注藥品用量的調(diào)控，還要觀察實驗過程，時刻關(guān)注注射器活塞是否置頂問題，避免因置頂而帶來對天平示數(shù)的干擾。為此，仍需對該實驗方案進行改進，來化解實驗不足。

四、對實驗方案的再改進

藉于前面對質(zhì)量守恒定律實驗的實驗分析、改進和追疑，我們提出新的實驗優(yōu)化方案。一是對實驗裝置的改變，利用塑料瓶作為密閉空間，對整個實驗過程進行記錄：稀鹽酸與大理石進行反應，產(chǎn)生二氧化碳氣體，且反應前與反應后物質(zhì)總質(zhì)量“幾乎不變”。實驗中，使用1：3稀鹽酸溶液5mL，在密閉塑料瓶中，有大量氣泡產(chǎn)生，并伴有“嘶嘶”的響聲，對實驗中天平示數(shù)進行記錄，反應前總質(zhì)量約為33.37g，反應后總質(zhì)量約為33.36g，半分鐘后打開瓶蓋，質(zhì)量減少0.1g。借助于上述實驗方案的再次改進與優(yōu)化，可以結(jié)合實驗過程，讓學生觀察實驗現(xiàn)象，并記錄實驗結(jié)果，可以很好地驗證“質(zhì)量守恒定律”的科學性、正確性。但對于演示實驗本身，由于還存在實驗操作中的誤差，需要對特別是藥品、裝置進行合理優(yōu)化，來提升實驗的教學質(zhì)量。質(zhì)量守恒定律實驗教學，其目標在于通過實驗來解釋“守恒”的原因，并根據(jù)實驗規(guī)律解決化學問題。在實驗設(shè)計中，需要做好以下幾點：一是對實驗標準的明確。質(zhì)量守恒定律是重要的化學概念，對于宏觀化學物質(zhì)，可以通過實驗來驗證;對于微觀化學結(jié)構(gòu)，同樣適用。二是對實驗維度的解析，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，讓學生了解化學反應的全過程，認識化學實驗中反應前、后物質(zhì)總質(zhì)量的關(guān)系。三是對化學學科教育的推進。以化學課程為依托，讓學生了解化學變化的本質(zhì)，從書面知識到微觀示意，再從化學信息的提取、定性、定量分析，以最恰當?shù)慕忉寔碚f明化學變化規(guī)律。在質(zhì)量守恒定律實驗中，有概念、有解釋、有推理、有比較、有應用，能夠深化學生對化學學科的認知。

總之，質(zhì)量守恒定律是對化學反應由定性認識轉(zhuǎn)向定量分析的關(guān)鍵點，更是發(fā)展學生化學核心素養(yǎng)的知識載體。在化學實驗分析、方案設(shè)計與改進優(yōu)化中，要注重化學宏觀辨識與微觀探究，科學精神與創(chuàng)新意識的激發(fā)，依托化學實驗，設(shè)計“問題鏈、合作學習”環(huán)境，讓學生從實驗中深刻理解質(zhì)量守恒定律，把握化學基本觀念和方法。初中階段，化學學習要突出趣味引領(lǐng)，借助化學實驗，關(guān)注學生的知識體驗和經(jīng)驗習得，將化學知識貫穿其中，搭建實驗情境。在質(zhì)量守恒定律實驗設(shè)計中，教師要注重實驗內(nèi)容的選擇開放性，從不同實驗呈現(xiàn)方式來引領(lǐng)學生關(guān)注實驗目標，探析實驗影響因素，改進實驗步驟、方法，選取適當?shù)膬x器，挖掘?qū)嶒灲虒W的關(guān)鍵能力。在本實驗教學中，還存在一些實驗設(shè)計的不足或缺陷，希望各位同仁能夠多提寶貴意見。

【參考文獻】

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