质量守恒定律探究实验再改进

卢天宇 艾进达

摘要：利用一个带过滤网的、密封性良好的塑料水杯作为反应装置，以石灰石和稀盐酸为反应试剂，对初中化学质量守恒定律探究实验进行改进。改进装置简明，可操作性强，运用于一线课堂的学生分组实验取得良好效果。

关键词：质量守恒定律;探究实验;改进设计

文章编号：1008-0546（2019）06-0091-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.026

质量守恒定律是初中化学的一个重要规律，其应用贯穿于整个中学化学。在此之前，学生习得了分子、原子、元素符号和化学式等知识，初步形成一定微观想象能力。质量守恒定律引领学生对化学反应从定性认知深化到定量探究，为后续书写化学方程式及计算等做铺垫，在知识结构上起到承上启下的桥梁作用。

探究实验对学生理解质量守恒定律至关重要。在探究有气体生成的化学反应是否遵守质量守恒定律的实验设计上，当前在国内已产生广泛影响的主要有四类（见图1）：第一类，人教版（2012年）教材所设计的一个敞开体系，稀盐酸与碳酸钠反应前后质量的测定;第二类，科教版（2012年）设计的密闭体系，稀盐酸与石灰石反应前后质量的测定;第三类，沪教版（2012）在第二类方案基础上改进的密闭体系;第四类，教师改进实验，如利用矿泉水瓶创设更牢靠的密闭体系，稀盐酸与石灰石（或碳酸钠）反应前后质量的测定。

第一类设计与学生刚刚建立的守恒概念产生较大冲突，单一的“敞开体系”设计不利于学生理解气体逸出前存在的“质量守恒”。第二类设计因气球膨胀导致浮力增大，对称量结果影响较大。第三种设计，气密性差，生成气体的气压大易冲开瓶塞。第四种设计，从“密闭体系”到“敞开体系”，由于生成的气体质量略少，气体逸出后产生的质量差较小，数据不显著。综上，为了更好解决装置气密性等问题，利用一個生活中常见的水杯作为反应装置，对实验进行改进。

三、操作要点

（1）在过滤网上放入若干（8至10颗）粒石灰石，水杯中倒入一定量（60-80mL）的1：3盐酸。将过滤网放进水杯，拧紧杯盖，把整个装置正放到电子天平上，称量，把反应前的质量记录为m1（见图3）。

（2）倒立装置，石灰石与稀盐酸接触，可以观察到有大量气泡冒出。让反应进行20至30秒，然后正立装置，石灰石与稀盐酸分开，反应停止，称量，记录反应后的质量m2。

（3）慢慢拧开杯盖，防止气流带走水蒸气等。听见强烈的气流声响，二氧化碳逸出，杯盖斜扣在杯子上。称量，记录反应后敞开体系的质量m3。

（4）实验数据记录如表1，从数据可见，在密闭体系下，m1=m2，化学反应前后质量总和是相等的。除去仪器、未参加反应的石灰石和稀盐酸的质量，可推出参加反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。敞开体系下，m1>m3，化学反应前质量总和大于反应后，结合实验现象可知，是由于气体外逸所致。

四、改进优点

（1）密封性良好的塑料水杯价格便宜，简单易得，可操作性强，在一线教学进行的学生分组探究实验中取得良好的效果。

（2）水杯密封性和抗压性良好，实验装置可反复多次使用。改进装置有效解决了生成气体造成气压增大而冲开胶塞的难题，同时构建了该反应的密闭体系与敞开体系。

（3）装置倒立即实现固液接触，启动反应;装置正立则固液分离，反应停止。操作简易，有效控制了反应的发生与停止。

（4）由于水杯形状稳定，大量的二氧化碳气体只导致水杯发生微小形变，解决了气体引起浮力而影响称量的问题。

（5）改进实验生成的二氧化碳质量大，敞开后质量差较大，数据显著，采用一般电子天平即可称量出来。让学生更好地顿悟：敞开体系下，有气体生成的化学反应前后质量不等，表面上是该化学反应“不遵守”质量守恒定律，实则是遵守质量守恒定律的。