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初中新學(xué)期化學(xué)質(zhì)量守恒定律的驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1．化學(xué)反應(yīng)原理：
⑴ 白磷在密閉的容器內(nèi)燃燒，生成固體五氧化二磷。
反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變。由此證明質(zhì)量守恒定律的正確性。
⑵ 鐵和硫酸銅溶液反應(yīng)，生成銅和硫酸亞鐵，反應(yīng)前后，物質(zhì)的總質(zhì)量不變。

2．實(shí)驗(yàn)儀器：天平、砝碼、錐形瓶、小燒杯、玻璃管、單孔橡皮塞、小氣球、酒精燈等。
實(shí)驗(yàn)藥品：白磷、鐵釘（或鐵絲）、硫酸銅溶液等。
3．探究方案：
⑴ 取出天平，調(diào)平衡。待用。
取一塊白磷，放入盛水的培養(yǎng)皿中，在水下用小刀切下一粒綠豆大小的白磷，用濾紙吸干表面的水，放入錐形瓶中。（為防止白磷燃燒時(shí)，灼裂錐形瓶，可以瓶下事先放入少量的細(xì)砂。）將盛白磷的錐形瓶、綁有小氣球的玻璃管一起放在天平的左盤中，在右盤添加砝碼，并移動(dòng)游碼，使天平平衡。如圖13-1所示。


取出錐形瓶及導(dǎo)管，將橡皮塞上的玻璃管放在酒精燈的火焰上灼燒至紅熱后，迅速用橡皮塞將錐形瓶塞緊，并將白磷引燃�？梢姲琢兹紵�，產(chǎn)生濃厚的白煙。待錐形瓶冷卻，白煙沉降后，重新放到托盤天平上，觀察天平仍然平衡。
⑵ 在100 mL燒杯中加入約30 mL稀硫酸銅溶液，將幾根打磨光亮的鐵釘和盛硫酸銅溶液的燒杯一起放在天平上稱量，讀出讀數(shù)，記錄。如圖13-2。

將鐵釘浸泡在硫酸銅溶液中，可觀察到鐵釘表面析出一層紫紅色的物質(zhì)，溶液顏色逐漸變淺。如果時(shí)間足夠長(zhǎng)，可看到溶液的顏色由藍(lán)色變淺綠色。
將反應(yīng)后燒杯和內(nèi)容物放到天平上再次稱量，讀出讀數(shù)，記錄。將兩次稱量的結(jié)果加以比較，質(zhì)量相等。
4．探究評(píng)價(jià)：
實(shí)驗(yàn)⑴生成煙狀的五氧化二磷，具有一定的代表性，現(xiàn)象也很明顯。但由于白磷燃燒時(shí)放熱，致氣體逸出，往往易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。
實(shí)驗(yàn)⑵操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)的成功率很高。但無氣體或煙狀物質(zhì)生成，現(xiàn)象不是十分明顯，代表性不強(qiáng)。
5． 資源開發(fā)：
⑴ 該實(shí)驗(yàn)可以按排學(xué)生當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分組多，證據(jù)足，更能說明問題。學(xué)生實(shí)驗(yàn)可安排一些現(xiàn)象明顯、操作簡(jiǎn)單的。以下推薦幾例，僅供參考。

⑵ 質(zhì)量守恒定律的探究不僅需要安排正例，還需要安排反例。教材中已為我們安排了兩個(gè)反例。
① 把盛有鹽酸的小試管小心地放入裝有碳酸鈉粉末的小燒杯中，將小燒杯放在托盤天平上用砝碼平衡。取下小燒杯并將其傾斜，使小試管中的鹽酸與小燒杯中的碳酸鈉粉末反應(yīng)。

鹽酸與碳酸鈉粉末迅速反應(yīng)，有大量氣泡產(chǎn)生。一段時(shí)間后，再把燒杯放在托盤天平上，觀察天平是否平衡。如圖13-3。

天平不再平衡，這是由于有二氧化碳?xì)怏w生成逸出的緣故。
② 取一根用砂紙打磨干凈的長(zhǎng)鎂條和一個(gè)石棉網(wǎng)，將它們一起放在托盤天平上稱量，記錄稱得的質(zhì)量。在石棉網(wǎng)上方將鎂條點(diǎn)燃（如圖13-4）。

鎂條劇烈燃燒，產(chǎn)生耀眼的強(qiáng)光，生成白色固體氧化鎂。再將鎂條燃燒后的產(chǎn)物和石棉網(wǎng)一起放在托盤天平上稱量，記錄質(zhì)量。比較兩次稱量的質(zhì)量。


6．創(chuàng)新思維：
⑴ 白磷燃燒驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)，可以按探究實(shí)驗(yàn)五相關(guān)內(nèi)容改進(jìn)�？煞乐孤�氣。
⑵ 鎂條燃燒后質(zhì)量怎么變化？
有多位老師告訴筆者，他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：燃燒后生成物質(zhì)質(zhì)量比鎂的質(zhì)量增大了。但筆者做了很多次實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果恰好相反——質(zhì)量減小。
實(shí)驗(yàn)時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，鎂燃燒時(shí)，有大量白煙生成，這些白煙揮發(fā)了。連夾持鎂條的坩堝鉗上都凝結(jié)著大量的白色粉末狀物質(zhì)。因此，反應(yīng)后剩余物質(zhì)的質(zhì)量減輕也就不難理解了。做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅要求學(xué)生有正確的科學(xué)態(tài)度，老師也應(yīng)該有科學(xué)的態(tài)度。遇到問題，不能繞道走，更不能簡(jiǎn)單地以為實(shí)驗(yàn)失敗。要多次實(shí)驗(yàn)，從多次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中找出規(guī)律，以求問題的最多解決。
⑶ 碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)，可否用于驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律？
教學(xué)參考書中指出：“這個(gè)實(shí)驗(yàn)也可以用固體跟液體反應(yīng)產(chǎn)生氣體的實(shí)驗(yàn)代替(例如碳酸鈣跟鹽酸反應(yīng))。反應(yīng)在吸濾瓶中進(jìn)行，在抽氣口上套一個(gè)氣球，反應(yīng)開始后氣球膨脹，但天平保持平衡。”
如圖13-5所示，在吸濾瓶中加入適量的碳酸鈉粉末，在小試管中加入濃鹽酸。將小試管放入吸濾瓶中，并用止水夾夾住支管處的橡皮管。整個(gè)裝置放入托盤天平中，并用砝碼平衡，記錄讀數(shù)。取出吸濾瓶，傾斜，使小試管中的鹽酸傾倒入瓶中，與碳酸鈉粉末反應(yīng)�？捎^察到瓶中有大量氣泡出現(xiàn)，氣球脹大，如圖13-6。

將裝置再次放入托盤天平中稱量，記錄讀數(shù)。將兩次結(jié)果相比較。
如此測(cè)得的兩次數(shù)值真的完全相等嗎？理論上當(dāng)然沒問題。但我們必須考慮到氣球體積增大而產(chǎn)生的浮力，只要?dú)馇蝮w積足夠大，天平的感量足夠靈敏。這種浮力所造成的讀數(shù)減小是足以表現(xiàn)出來的。初中實(shí)驗(yàn)室所用的托盤天平的靈敏度都比較上，一般的感量都在0.2g左右，是無法測(cè)出因浮力所造成的讀數(shù)減小。但我們不能因?yàn)闇y(cè)不出來，就以錯(cuò)誤的理論出發(fā)，再導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。
⑷ 能否用蠟燭燃燒驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律？
人教版教學(xué)參考書有以下說明：
蠟燭燃燒生成物為二氧化碳和水（氣）。堿石灰能有效地吸收這兩種物質(zhì)。這種吸收裝置的制作方法如下：
① 截取一段長(zhǎng)度為10 cm，直徑約為25 mm的玻璃管(可用破了底的大試管截取)。
② 裝入金屬網(wǎng)柵。從破舊石棉網(wǎng)上剪一塊直徑略大于玻璃管內(nèi)徑的圓網(wǎng)，從玻璃管的一端輕輕推入，使圓網(wǎng)撐住在離管口約2 cm處作為放置堿石灰的網(wǎng)柵（如網(wǎng)柵容易滑下，可以用回形針改制成一個(gè)帶有彈性的圓環(huán)，彈緊在玻璃管的內(nèi)壁作為擋圈，使網(wǎng)柵不致滑下），裝配如圖13-7。

③ 加入堿石灰，制成吸收器。堿石灰要選大的顆粒，使間隙較大，保證氣體流通。堿石灰層厚約4 cm～5 cm。
④ 將吸收器固定在天平左盤蠟燭的正上方（如圖13-8），即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
⑤ 這一實(shí)驗(yàn)成敗關(guān)鍵在于蠟燭是否正常燃燒，生成的氣體是否順利通過吸收器。所以，蠟燭火焰的大小，吸收器離火焰的距離都要事先試驗(yàn)好。如果實(shí)驗(yàn)正常，3 min后即有明顯的現(xiàn)象。天平最好選用感量為0.02 g的物理天平。
蠟燭燃燒生成二氧化碳和水（氣），參加反應(yīng)的物質(zhì)是蠟燭和氧氣，生成物是二氧化碳和水。按質(zhì)量守恒定律可知，參加反應(yīng)的蠟燭的氧氣的質(zhì)量和等于反應(yīng)后生成的二氧化碳和水蒸氣的質(zhì)量之和。用上法是無法測(cè)也參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量的。
依教參的說法，如果天平平衡，那是筆者不好解釋的。只能勉強(qiáng)說是未吸收的氣體正好等于參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量。這種情況存在嗎？由于裝置復(fù)雜，筆者并未做過此實(shí)驗(yàn)，不便評(píng)說。若天平不平衡，指針一定向左偏轉(zhuǎn)，毫無疑問，這也不能驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律的。
需要指出的是，該實(shí)驗(yàn)在老教參中也出現(xiàn)過，教材的編者已經(jīng)把它當(dāng)成經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)了，但筆者卻不敢茍同。

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