镁燃烧实验在质量守恒定律教学中的设计

王大华

（陕西平利县长安初级中学 陕西 平利 725509）

一、问题提出

人教版九年级化学（上）第五单元课题1质量守恒定律［实验5-2］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，记录所称的质量。在石棉网上方将镁条点燃，观察反应现象。将镁条燃烧后的产物与石棉网一起放在托盘天平上称量，比较反应前后的质量。

该实验可行吗？镁条燃烧后的产物与石棉网的总质量会比反应前的质量多吗？

实验验证：取适量的镁条连同蒸发皿和镊子一起放在电子天平 （本实验采用精确量为0.001g电子天平）上称量，记录所称的质量。在蒸发皿的上方将镁条点燃，发现有大量白烟生成。同时镊子前端有白色固体附着。蒸发皿收集到镁条燃烧后的产物与镊子一起放在电子天平上称量，比较反应前后的质量。记录实验数据如下：

实验次数实验数据1 2 3实验前物质质量（g） 48.105 48.025 46.443实验后物质质量（g） 48.023 47.927 46.437

从实验数据来看，实验后物质总质量比反应前物质总质量减少。为什么反应后物质质量反而比反应前的少呢？从实验现象看镁燃烧有大量白烟生成。白烟的成分是什么？镁燃烧时所产生的白色烟雾，那不是氧化镁，也与氧化镁无关。它的产生原因是：当镁在有限的空气中燃烧时，除了生成氧化镁外，同进还生成一定数量的氮化镁，反应式为3Mg+N2＝点燃Mg3N2。由于氮化镁易升华,是典型离子化合物。如果空气湿度较大，氮化镁会与水蒸气发生强烈的水解反应：Mg3N2+6H2O＝3Mg （OH）2+2NH3。氢氧化镁和氨气散逸悬浮在气流中，大量逸出的白烟就是新生成的氢氧化镁。另外镁在氧气中燃烧温度很高，镁的熔点648.8℃，沸点1107℃，导致一部分镁沸腾并同时与氧气氮气反应分别生成氧化镁和氮化镁。镁条燃烧产生大量白烟不仅含有氢氧化镁还有氧化镁小颗粒。燃烧后得到的残留物必然少于理论产值。那么如何设计实验来验证反应后生成物的质量增多呢？

二、实验改进目的

质量守恒定律是化学基本定律，是教材重点内容。教材中设计镁在空气中燃烧实验，目的是让学生形成认知冲突，更全面地理解质量守恒定律。实验准确可信性就非常重要。为此，我对实验作了一定的改进，该实验便于教师演示，效果明显。

三、实验器材选取

镁在空气中燃烧时能够放出大量的热和产生很高的温度，使生产的氧化镁在高温下因灼热发出强烈的白光，对教师和学生视力有一定的危害。所以实验用量不宜过大。采用精确度高的电子天平（精确精确量为0.001g）只需取用0.005g左右的镁就有明显的效果。实验符合人性化要求。

本实验用到的电子天平最大量程仅为100g,采用150mL的塑料瓶代替集气瓶收集生成物。用镊子替代坩埚钳。

玻璃片替代石棉网是防止燃烧生成物溢出。在玻璃片上放置铜片以防止玻璃片炸裂。

四、实验步骤

1.取一定量的镁条连同玻璃片、铜片、塑料瓶和镊子一起放在电子天平上称量，记录所称的质量。

2.在酒精灯上将镁条点燃，塑料瓶罩在镁条上方（如下左图）。发现白烟填充到塑料瓶的中部时，迅速把燃烧的镁条放在放置在玻璃片上的铜片上，同时罩上塑料瓶。镁条燃烧，瓶中充满大量白烟（如下右图）。反应后的物质连同玻璃片、铜片、塑料瓶和镊子，一起放在电子天平上称量，分时间段记录质量。

3.分别取不同质量的镁条重复上述实验。实验数据分别填入下表：

实验后（镁条熄灭后）（g）1min 2min 3min 4min 5min第一次 89.013 88.987-88.887 88.935 88.993 89.017 89.022 89.023第二次 89.019 88.994-88.908 88.910 89.004 89.033 89.038 89.038第三次 89.012 88.984-88.884 88.900 88.990 89.019 89.021 89.021记录 实验前（g） 实验中（g）（熄灭前 30s）实验

从图表中可以发现，实验开始一段时间（即熄灭前30s），物质总质量在不断减少。这是由于燃烧释放大量的热导致部分镁沸腾变成气体，并与空气中气体发生反应生成氧化镁和氮化镁 （氮化镁同时分解生成氢氧化镁）以固体小颗粒形式分散到瓶中。实验后一段时间（3min以前）质量逐渐增大，由于反应生成的氧化镁和氢氧化镁悬浮于瓶中，随着时间的延长逐渐沉积在玻璃板上。致使天平示数不断升高。3min后天平示数明显大于反应前质量。待白烟消失，氧化镁和氢氧化镁全部沉积在玻璃片上，天平示数不再变化。整个实验现象非常明显，而且电子天平再现了整个反应过程质量动态变化。实验结果更具说服力。

［1］ 课程教材研究所.义务教育课程标准实验教科书·化学（上）［M］.北京：人民教育出版社，2006

［2］ 金卫红.镁燃烧实验现象解析［J］.杭州教育学院学报,2000,（7）