質(zhì)量守恒定律中鎂條燃燒的教學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

高莉

【摘要】通過測(cè)定敞開體系中化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量變化情況，學(xué)生能夠透過不同情況下測(cè)量結(jié)果的表象，更為深入地認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量關(guān)系的本質(zhì)。教材中涉及的鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往偏小。對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，用牛奶盒罩住白煙，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)始終測(cè)得質(zhì)量增大，教學(xué)效果非常明顯。

【關(guān)鍵詞】質(zhì)量守恒定律;鎂條燃燒;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第五單元“課題1 質(zhì)量守恒定律”第92頁實(shí)驗(yàn)5-2，在石棉網(wǎng)上方將鎂條點(diǎn)燃，觀察現(xiàn)象，然后將鎂條燃燒后的產(chǎn)物與石棉網(wǎng)一起放在托盤天平上稱量，比較反應(yīng)前后的質(zhì)量[1]。教材設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)的目的是通過鎂燃燒后質(zhì)量增大來引導(dǎo)學(xué)生正確理解質(zhì)量守恒定律，但按照教材上的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)效果不是很理想。由此，本文主要探討質(zhì)量守恒定律中鎂條燃燒的教學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。

一、教材原實(shí)驗(yàn)分析

參考《義務(wù)教育教科書教師教學(xué)用書·化學(xué)·九年級(jí)上冊(cè)》，托盤天平的靈敏度較低，在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意使鎂條有足夠的長度，以保證天平的測(cè)量結(jié)果有明顯變化。有條件的學(xué)校可使用分析天平或電子天平進(jìn)行稱量[2]。我們選擇精確度為0.01g的電子天平，按人教版教材中“課題1 質(zhì)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)步驟，不做其他改進(jìn)來做此實(shí)驗(yàn)。

改進(jìn)前實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)如表1。實(shí)驗(yàn)前總質(zhì)量包括的物品有鎂條、石棉網(wǎng)、鑷子、硬質(zhì)墊板;實(shí)驗(yàn)后總質(zhì)量包括的物品有鎂條燃燒后的產(chǎn)物、石棉網(wǎng)、鑷子、硬質(zhì)墊板。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，鎂條用量較少時(shí)，反應(yīng)后的固體總質(zhì)量減小。使用鎂條質(zhì)量增大到0.18g時(shí)，反應(yīng)后固體的總質(zhì)量沒有明顯變化;鎂條質(zhì)量增大到0.25g時(shí)，反應(yīng)后總質(zhì)量增加了0.01g;當(dāng)鎂條質(zhì)量增大到0.33g時(shí)，反應(yīng)后總質(zhì)量沒有發(fā)現(xiàn)明顯變化，實(shí)驗(yàn)效果不理想。之所以出現(xiàn)這樣的結(jié)果，經(jīng)分析主要是鎂在燃燒過程中生成了大量的白煙逸散到空氣中，而這白煙的主要成分是鎂燃燒的產(chǎn)物氧化鎂，逸散的氧化鎂不能收集起來進(jìn)行稱量，因而反應(yīng)后剩余物質(zhì)的總質(zhì)量減輕。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)思路

要解決教材中鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小的問題，需要利用器皿將白煙罩住，盡量形成一個(gè)相對(duì)密封的環(huán)境，保證鎂燃燒生成的產(chǎn)物不會(huì)逸散到空氣中，而實(shí)驗(yàn)室中沒有專用的儀器來完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。在尋找實(shí)驗(yàn)材料的過程中我們首先用到了礦泉水瓶[3]，將一個(gè)500mL礦泉水瓶攔腰剪開，留下下半部分，在實(shí)驗(yàn)中點(diǎn)燃鎂條后將其迅速罩在白煙上方，發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶能罩住一部分白煙，但因?yàn)殒V條燃燒放出大量的熱使礦泉水瓶迅速融化變形，還是有相當(dāng)一部分產(chǎn)物逸散到空氣中去了，實(shí)驗(yàn)最終稱得的質(zhì)量依然減輕，實(shí)驗(yàn)效果不理想。

尋找一種能耐高溫且相對(duì)安全的器皿罩在鎂燃燒后的白煙上方是解決問題的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)室中的很多玻璃儀器雖然能夠罩在火焰上方，但持續(xù)的高溫可能會(huì)使玻璃儀器炸裂，存在一定的安全隱患;而能耐高溫的陶瓷器皿如蒸發(fā)皿、坩堝又太小。最后我們找到了一種生活中常見的物品——瓶裝牛奶盒。瓶裝牛奶盒外層是紙板，內(nèi)層是能耐高溫的鋁箔紙，不易燃燒，即使是高溫條件下發(fā)生少許膨脹也不會(huì)炸裂，安全系數(shù)較高?；谶@樣的想法，我們利用裁剪好的牛奶盒來完成實(shí)驗(yàn)，并采用精確度為0.01g的電子天平進(jìn)行反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過程

（一）實(shí)驗(yàn)用品

鎂條、砂紙、鑷子、石棉網(wǎng)、硬質(zhì)墊板、裁剪好的牛奶盒、精確度為0.01g的電子天平、酒精燈、火柴。

（二）實(shí)驗(yàn)步驟

1.稱取經(jīng)砂紙打磨過的鎂條的質(zhì)量并記錄;

2.稱取鎂條、牛奶盒、鑷子、石棉網(wǎng)和硬質(zhì)墊板的總質(zhì)量并記錄;

3.點(diǎn)燃酒精燈，將鎂條在酒精燈上點(diǎn)燃;

4.鎂條燃燒，迅速將牛奶盒罩在白煙上方;

5.同時(shí)將點(diǎn)燃的鎂條和牛奶盒一起轉(zhuǎn)移到石棉網(wǎng)上，將牛奶盒壓緊，防止白煙逸出;

6.待鎂條燃燒完全、牛奶盒外壁冷卻后，小心地將硬質(zhì)墊板、石棉網(wǎng)、牛奶盒和鑷子一起移至電子天平進(jìn)行稱量;

7.將所有物品移至電子天平后，要注意稍等片刻，待電子天平示數(shù)穩(wěn)定后再進(jìn)行讀數(shù)。

（三）改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)（表2）

實(shí)驗(yàn)前總質(zhì)量包括的物品有鎂條、牛奶盒、鑷子、石棉網(wǎng)、硬質(zhì)墊板;實(shí)驗(yàn)后總質(zhì)量包括的物品有鎂條燃燒后的產(chǎn)物、牛奶盒、鑷子、石棉網(wǎng)、硬質(zhì)墊板。

（四）實(shí)驗(yàn)過程說明

1.前三次實(shí)驗(yàn)鎂條稱取0.05g左右，從點(diǎn)燃鎂條到質(zhì)量比較穩(wěn)定，用時(shí)約4分鐘;最后兩次實(shí)驗(yàn)鎂條稱量0.02g，從點(diǎn)燃到質(zhì)量比較穩(wěn)定，用時(shí)約2.5分鐘;

2.實(shí)驗(yàn)過程中點(diǎn)燃鎂條后迅速用牛奶盒罩住白煙，仍會(huì)有少許白煙逸出，從多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，并不影響最終總質(zhì)量增大的事實(shí);

3.因?qū)嶒?yàn)過程中需將牛奶盒稍用力壓住，以防生成的白煙逸出，而石棉網(wǎng)的硬度不夠，故在石棉網(wǎng)的下方墊上一塊硬質(zhì)墊板，方便轉(zhuǎn)移;

4.實(shí)驗(yàn)過程中，為方便學(xué)生更清楚地觀察質(zhì)量變化的情況，有條件的學(xué)?？山Y(jié)合“希沃授課助手中的移動(dòng)展臺(tái)”，將整個(gè)過程同步直播到教室的電腦上。

四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的教學(xué)效果分析

1.在實(shí)驗(yàn)過程中加入對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)中白煙直接逸散到空氣中和罩住白煙后的質(zhì)量變化很明顯，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力，促使學(xué)生學(xué)會(huì)從多角度思考解決問題，從而提高課堂教學(xué)的有效性。

2.實(shí)驗(yàn)中將內(nèi)層為鋁箔紙的牛奶盒的上部剪掉（注意剪平整），鎂燃燒時(shí)迅速罩住鎂燃燒后的產(chǎn)物，待牛奶盒外壁冷卻后，移至電子天平稱量，會(huì)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量逐漸增大，經(jīng)過1至2分鐘，逐漸穩(wěn)定下來，這個(gè)過程注意不要移動(dòng)牛奶盒，因?yàn)槔锩嫒杂幸恍┌谉煕]有沉降下來，但這時(shí)測(cè)得質(zhì)量已經(jīng)明顯增大，已達(dá)到教學(xué)目的。在這個(gè)過程中可讓學(xué)生思考反應(yīng)后質(zhì)量為什么會(huì)逐漸增大，等數(shù)值增大到一定程度，可拿起牛奶盒，能觀察到有白煙逸出，進(jìn)而理解鎂條燃燒產(chǎn)生的白煙沉降下來需要一定的時(shí)間，故稱量過程中產(chǎn)物的質(zhì)量會(huì)逐漸增大。這樣，學(xué)生既理解了質(zhì)量守恒定律，又學(xué)會(huì)了從不同的角度分析化學(xué)變化中的誤差情況。

3.用托盤天平進(jìn)行質(zhì)量的測(cè)定，需耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行調(diào)平、稱量，在調(diào)節(jié)天平中時(shí)間太長也會(huì)分散學(xué)生的注意力，而本堂課的重點(diǎn)是讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中感受化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量的變化問題，所以采用電子天平能讓學(xué)生更直觀地感受到質(zhì)量的變化。

4.托盤天平的精確度是0.1g，反應(yīng)前后要觀察到明顯的質(zhì)量變化，理論上需用到0.2g左右的鎂條，采用電子天平可將鎂條質(zhì)量縮小到原來的十分之一，現(xiàn)象仍然十分明顯，改進(jìn)后可節(jié)約大量藥品，且大大縮短鎂條燃燒、牛奶盒冷卻及質(zhì)量穩(wěn)定所需的時(shí)間，使課堂更為緊湊。

5.鎂條燃燒后的部分產(chǎn)物直接逸散到空氣中，會(huì)對(duì)空氣造成一定的污染，不利于環(huán)境的保護(hù)。將白煙收集起來既減小了實(shí)驗(yàn)誤差，也不會(huì)造成空氣污染。

五、結(jié)語

經(jīng)過改進(jìn)后的探究鎂條燃燒前后的質(zhì)量變化實(shí)驗(yàn)，具有操作安全、材料易得、步驟緊湊、現(xiàn)象明顯、節(jié)約藥品以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，能讓學(xué)生更好地理解質(zhì)量守恒定律，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的高效率。

【參考文獻(xiàn)】

化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書化學(xué)九年級(jí)（上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2012：94.

化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書教師教學(xué)用書化學(xué)九年級(jí)（上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2016：144.

馮桂好.質(zhì)量守恒定律中鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].教育教學(xué)論壇，2013（40）：183-184.