九年级化学探究实验设计之质量守恒定律的验证.pdf

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1、探究实验设计之质量守恒定律的验证 1化学反应原理： 白磷在密 闭的容器内燃 烧，生成固 体五氧化二磷 。 反应前后物质的总质量不变。由此证明质量守恒定律的正确性。 铁和硫酸铜溶液反应，生成铜和硫酸亚铁，反应前后，物质的总质量不变。 2实验仪器：天平、砝码、锥形瓶、小烧杯、玻璃管、单孔橡皮塞、小气球、酒精灯 等。 实验药品：白磷、铁钉（或铁丝）、硫酸铜溶液等。 3探究方案： 取出天平，调平衡。待用。 取一块白磷，放入盛水的培养皿中，在水下用小刀切下一粒绿豆大小的白磷，用滤纸 吸干表面的水，放入锥形瓶中。（为防止白磷燃烧时，灼裂锥形瓶，可以瓶下事先放入少量 的细砂。） 将盛白磷的锥形瓶、绑有小气球

2、的玻璃管一起放在天平的左盘中，在右盘添加砝 码，并移动游码，使天平平衡。如图13-1 所示。 取出锥形瓶及导管，将橡皮塞上的玻璃管放在酒精灯的火焰上灼烧至红热后，迅速用 橡皮塞将锥形瓶塞紧，并将白磷引燃。可见白磷燃烧，产生浓厚的白烟。待锥形瓶冷却，白 烟沉降后，重新放到托盘天平上，观察天平仍然平衡。 在 100 mL 烧杯中加入约30 mL 稀硫酸铜溶液，将几根打磨光亮的铁钉和盛硫酸铜 溶液的烧杯一起放在天平上称量，读出读数，记录。如图13-2 。 将铁钉浸泡在硫酸铜溶液中，可观察到铁钉表面析出一层紫红色的物质，溶液颜色逐 渐变浅。如果时间足够长，可看到溶液的颜色由蓝色变浅绿色。 将反应后烧杯

3、和内容物放到天平上再次称量，读出读数，记录。将两次称量的结果加 以比较，质量相等。 4探究评价： 实验生成烟状的五氧化二磷，具有一定的代表性，现象也很明显。但由于白磷燃烧 时放热，致气体逸出，往往易导致实验的失败。 实验操作简单，实验的成功率很高。但无气体或烟状物质生成，现象不是十分明显， 代表性不强。 5 资源开发： 该实验可以按排学生当堂实验，学生分组多，证据足，更能说明问题。学生实验可 安排一些现象明显、操作简单的。以下推荐几例，仅供参考。 质量守恒定律的探究不仅需要安排正例，还需要安排反例。教材中已为我们安排了 两个反例。 把盛有盐酸的小试管小心地放入装有碳酸钠粉末的小烧杯中，将小烧杯

4、放在托盘天 平上用砝码平衡 。取下小烧杯并将其倾斜，使小试管中的盐酸与小烧杯中的碳酸钠粉末反应。 盐酸与碳酸钠粉末迅速反应，有大量气泡产生。一段时间后，再把烧杯放在托盘天平 上，观察天平是否平衡。如图13-3。 天平不再平衡，这是由于有二氧化碳气体生成逸出的缘故。 取一根用砂纸打磨干净的长镁条和一个石棉网，将它们一起放在托盘天平上称量， 记录称得的质量。在石棉网上方将镁条点燃（如图13-4 ）。 镁条剧烈燃烧，产生耀眼的强光，生成白色固体氧化镁。再将镁条燃烧后的产物和石 棉网一起放在托盘天平上称量，记录质量。比较两次称量的质量。 6创新思维： 白磷燃烧验证质量守恒定律的实验，可以按探究实验五相

5、关内容改进。可防止漏气 。 镁条燃烧后质量怎么变化？ 有多位老师告诉笔者，他们的实验结果是：燃烧后生成物质质量比镁的质量增大了。 但笔者做了很多次实验，其结果恰好相反质量减小。 实验时我们发现，镁燃烧时，有大量白烟生成，这些白烟挥发了。连夹持镁条的坩埚 钳上都凝结着大量的白色粉末状物质。因此，反应后剩余物质的质量减轻也就不难理解了。 做化学实验，不仅要求学生有正确的科学态度，老师也应该有科学的态度。遇到问题，不能 绕道走，更不能简单地以为实验失败。要多次实验，从多次实验的结果中找出规律，以求问 题的最多解决。 碳酸钠与盐酸的反应，可否用于验证质量守恒定律？ 教学参考书中指出：“这个实验也可以用

6、固体跟液体反应产生气体的实验代替( 例如碳 酸钙跟盐酸反应) 。反应在吸滤瓶中进行，在抽气口上套一个气球，反应开始后气球膨胀， 但天平保持平衡。” 如图 13-5 所示，在吸滤瓶中加入适量的碳酸钠粉末，在小试管中加入浓盐酸。将小试 管放入吸滤瓶中，并用止水夹夹住支管处的橡皮管。整个装置放入托盘天平中，并用砝码平 衡，记录读数。取出吸滤瓶，倾斜，使小试管中的盐酸倾倒入瓶中，与碳酸钠粉末反应。可 观察到瓶中有大量气泡出现，气球胀大，如图13-6。 将装置再次放入托盘天平中称量，记录读数。将两次结果相比较。 如此测得的两次数值真的完全相等吗？理论上当然没问题。但我们必须考虑到气球体 积增大而产生的浮

7、力，只要气球体积足够大，天平的感量足够灵敏。这种浮力所造成的读数 减小是足以表现出来的。初中实验室所用的托盘天平的灵敏度都比较上，一般的感量都在0. 2g 左右，是无法测出因浮力所造成的读数减小。但我们不能因为测不出来，就以错误的理 论出发，再导致错误的结论。 能否用蜡烛燃烧验证质量守恒定律？ 人教版教学参考书有以下说明： 蜡烛燃烧生成物为二氧化碳和水（气）。碱石灰能有效地吸收这两种物质。这种吸收 装置的制作方法如下： 截取一段长度为10 cm，直径约为25 mm的玻璃管 ( 可用破了底的大试管截取) 。 装入金属网栅。从破旧石棉网上剪一块直径略大于玻璃管内径的圆网，从玻璃管的 一端轻轻推入，

8、使圆网撑住在离管口约2 cm 处作为放置碱石灰的网栅（如网栅容易滑下， 可以用回形针改制成一个带有弹性的圆环，弹紧在玻璃管的内壁作为挡圈，使网栅不致滑 下），装配如图13-7。 加入碱石灰，制成吸收器。碱石灰要选大的颗粒，使间隙较大，保证气体流通。碱 石灰层厚约4 cm5 cm。 将吸收器固定在天平左盘蜡烛的正上方（如图13-8 ），即可进行实验。 这一实验成败关键在于蜡烛是否正常燃烧，生成的气体是否顺利通过吸收器。所 以，蜡烛火焰的大小，吸收器离火焰的距离都要事先试验好。如果实验正常，3 min 后即有 明显的现象。天平最好选用感量为0.02 g的物理天平。 蜡烛燃烧生成二氧化碳和水（气），参加反应的物质是蜡烛和氧气，生成物是二氧化 碳和水 。按质量守恒定律可知，参加反应的蜡烛的氧气的质量和等于反应后生成的二氧化碳 和水蒸气的质量之和。用上法是无法测也参加反应的氧气的质量的。 依教参的说法，如果天平平衡，那是笔者不好解释的。只能勉强说是未吸收的气体正 好等于参加反应的氧气的质量。这种情况存在吗？由于装置复杂，笔者并未做过此实验，不 便评说。若天平不平衡，指针一定向左偏转，毫无疑问，这也不能验证质量守恒定律的。 需要指出的是 ，该实验在老教参中也出现过，教材的编者已经把它当成经典的实验了， 但笔者却不敢苟同。