追疑与改进

袁荣卉

【摘 要】质量守恒是初中化学的教学难点，而对于气体反应前后质量关系的探究更是重点。以沪教版初中化学中，利用硫酸铜与氢氧化钠溶液反应、稀盐酸与大理石反应为例，通过反应前后质量的测定、分析，以此为追疑，提出教学改进建议。

【关键词】初中化学;质量守恒;实验探究

质量守恒定律是初中化学的重要内容，也是对化学变化中物质质量研究的基本定律。在进行实验教学时，重点是引领学生认识质量守恒定律，并利用质量守恒定律进行生活、生产现象的解释。化学实验集知识、技能于一身，综合性较强，需要对多个影响因素进行分析、推理。化学反应中，参与化学反应的各物质的质量总和，应该与反应后生成的各物质质量总和相等。但由于化学实验呈微观化，在实验设计中往往存在误差。质量守恒定律实验教学，要精心设计实验流程，促进学生思维转换，在解释和验证化学规律中，发展学生的核心素养。

一、关于质量守恒定律的实验测定

在沪教版九年级化学上册，结合硫酸铜与氢氧化钠溶液的反应，对实验装置及药品进行反应前后质量的测定。锥形瓶中加入适量硫酸铜溶液，然后利用滴管滴加氢氧化钠溶液，观察实验前后整体质量的变化。在实验中，滴管与锥形瓶所构成的密闭环境下，反应前后，天平上的砝码示数保持不变。同样，在沪教版教材中，还有石灰石与稀盐酸发生反应，对反应前后的质量关系进行探究的实验。该实验的目标在于探究实验中气体的生成前后，物质质量的变化情况。由于生成物里包含气体，因此，在实验方案设计时，要注意在密闭容器中进行，并根据实验对气体产生的浮力进行分析。石灰石与稀盐酸的反应是学生比较熟悉的，但教材中所设置的实验部分，为了避免生成的二氧化碳使橡皮塞弹出，在实验中通过引入石灰水来吸收二氧化碳。这样一来，对于质量守恒定律的验证难免不合理，因为实验的目标在于测定反应前后物质的质量关系，但同时又涵盖其他化学反应，实验前后反应物的总质量是否发生变化，应该是两个反应共同的结果，不能作为单一实验反应前后质量守恒的评判依据。

二、改进后实验方案存在的问题

在沪教版义务教育阶段化学新课标中，对质量守恒定律的实验方案进行了改进，利用注射器缓冲二氧化碳气体产生的压强，并对气体产生的浮力忽略不计。我们通过对实验方案的改进和实际操作，发现改进实验依然存在诸多问题。简单梳理如下：一是实验中所需药品的用量问题。参与化学反应的各种药品，必须严格控制其用量。在该实验中，由于要产生二氧化碳气体，如果气体量太多，橡皮塞可能会因较大压力而弹出，反而干扰整个实验的密闭环境条件。同样，在进行化学实验前，也需结合各反应物的关系，合理计算相关药品的用量，以更好地确保实验装置可以进行有效实验。在稀盐酸与大理石的反应中，通常每产生0.1g二氧化碳，常温下其体积约为50ml。以150mL的锥形瓶，辅以50mL的注射器，采用1：5的稀盐酸5mL进行实验，在锥形瓶内产生的气泡虽然不多，但注射器活塞上升较快，很快置顶。这样一来，会带来橡皮塞弹出的问题。如果加大稀盐酸的浓度，则锥形瓶内气泡会产生得很多，注射器活塞置顶更快，橡皮塞弹出更快。二是针对注射器的量程问题，为了调控二氧化碳的生成量及产生的压力，我们在选择注射器时，也要对其量程进行合理选择。如果量程偏小，则可能诱发实验未完成，橡皮塞已经弹出的问题。二氧化碳气体质量小，但体积大，当选用的注射器量程为10mL时，实验中5s内活塞置顶，橡皮塞弹出;当注射器量程为20mL时，10s内发生橡皮塞弹出;当注射器量程为50mL时，半分钟后橡皮塞弹出。可见，对于二氧化碳气体的收集，注射器的量程要大于50mL，以确保整个装置能够按照实验预期进行。

三、对改进实验的追疑

从质量守恒定律实验的改进来看，考虑到药品的用量，以及注射器的量程问题后，在具体实验过程中，依然存在称量前后天平数据存在较大误差的问题。在具体实验中，我们同样使用同样的实验装置，选用1：3的稀盐酸5mL与大理石进行反应，并对实验前后的总质量进行测定。结果如下：在用50mL注射器实验时，由于二氧化碳气体体积较大，整个实验在天平的承载下，因天平的精度不同而出现不同的反应结果。当使用实验精度为0.01g的天平时，气体产生的浮力忽略不计，但天平并未如实验目标那样保持良好的平衡;当天平的精度调整为0.1g时，气体所产生的浮力变化，基本在误差范围内，实验前后天平保持平衡。可见，在该实验中，除了對于药品用量的准确控制，对注射器量程的设置外，由于产生的二氧化碳气体，本身的体积较大，所产生的浮力是不能忽略不计的。除非将天平的精确度降低，才能确保天平维持平衡。另外，在使用上述实验装置进行实验中发现，注射器活塞每上升10mL，天平称量值会变化0.01g，可见，对于药品的用量控制，也会给实验带来一些干扰。也就是说，在用稀盐酸与大理石反应进行质量守恒定律实验时，对注射器的选择和应用，不仅需要关注药品用量的调控，还要观察实验过程，时刻关注注射器活塞是否置顶问题，避免因置顶而带来对天平示数的干扰。为此，仍需对该实验方案进行改进，来化解实验不足。

四、对实验方案的再改进

藉于前面对质量守恒定律实验的实验分析、改进和追疑，我们提出新的实验优化方案。一是对实验装置的改变，利用塑料瓶作为密闭空间，对整个实验过程进行记录：稀盐酸与大理石进行反应，产生二氧化碳气体，且反应前与反应后物质总质量“几乎不变”。实验中，使用1：3稀盐酸溶液5mL，在密闭塑料瓶中，有大量气泡产生，并伴有“嘶嘶”的响声，对实验中天平示数进行记录，反应前总质量约为33.37g，反应后总质量约为33.36g，半分钟后打开瓶盖，质量减少0.1g。借助于上述实验方案的再次改进与优化，可以结合实验过程，让学生观察实验现象，并记录实验结果，可以很好地验证“质量守恒定律”的科学性、正确性。但对于演示实验本身，由于还存在实验操作中的误差，需要对特别是药品、装置进行合理优化，来提升实验的教学质量。质量守恒定律实验教学，其目标在于通过实验来解释“守恒”的原因，并根据实验规律解决化学问题。在实验设计中，需要做好以下几点：一是对实验标准的明确。质量守恒定律是重要的化学概念，对于宏观化学物质，可以通过实验来验证;对于微观化学结构，同样适用。二是对实验维度的解析，根据质量守恒定律，让学生了解化学反应的全过程，认识化学实验中反应前、后物质总质量的关系。三是对化学学科教育的推进。以化学课程为依托，让学生了解化学变化的本质，从书面知识到微观示意，再从化学信息的提取、定性、定量分析，以最恰当的解释来说明化学变化规律。在质量守恒定律实验中，有概念、有解释、有推理、有比较、有应用，能够深化学生对化学学科的认知。

总之，质量守恒定律是对化学反应由定性认识转向定量分析的关键点，更是发展学生化学核心素养的知识载体。在化学实验分析、方案设计与改进优化中，要注重化学宏观辨识与微观探究，科学精神与创新意识的激发，依托化学实验，设计“问题链、合作学习”环境，让学生从实验中深刻理解质量守恒定律，把握化学基本观念和方法。初中阶段，化学学习要突出趣味引领，借助化学实验，关注学生的知识体验和经验习得，将化学知识贯穿其中，搭建实验情境。在质量守恒定律实验设计中，教师要注重实验内容的选择开放性，从不同实验呈现方式来引领学生关注实验目标，探析实验影响因素，改进实验步骤、方法，选取适当的仪器，挖掘实验教学的关键能力。在本实验教学中，还存在一些实验设计的不足或缺陷，希望各位同仁能够多提宝贵意见。

【参考文献】

[1]范章月.《质量守恒定律》实验教学的探索[J].教育与装备研究，2017，33（09）：74-76

[2]颜标峰.对化学教材中实验功能的深度解读——以“质量守恒定律”实验为例[J].实验教学与仪器，2017，34（05）：15-16

[3]颜标峰.初中化学教材中实验功能的深层次解读——以“质量守恒定律”一节为例[J].江西教育，2017（08）：22-23