黃翠玉

摘要：滬教版第四章第2節(jié)《化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系》驗證質(zhì)量守恒定律的實驗裝置，教材中出現(xiàn)有氣體生成的實驗卻在密閉容器中進行的實驗裝置。本文主要介紹一組改進后的裝置，使其更能符合壓強增大的反應(yīng)裝置，更易于在密閉容器中控制反應(yīng)的發(fā)生，更有利于緩解壓強，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確誤差更小，實驗結(jié)果更接近質(zhì)量守恒定律。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律；裝置改進

中圖分類號：G633.8文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1672-1578（2016）11-0264-02

1. 引言

碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)是初三化學(xué)二氧化碳的實驗室制法的反應(yīng)原理，學(xué)生很熟悉，教材中用它（圖4-12）來驗證有氣體生成的化學(xué)反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律，二氧化碳氣體的產(chǎn)生使瓶內(nèi)壓強變大，大量氣體可以使橡膠塞彈出，實驗存在危險性，控制鹽酸的濃度和用量可以控制生成氣體的量，針筒的活塞可以緩解體系的部分壓強。

人教版中使用白磷燃燒實驗驗證質(zhì)量守恒定律，白磷有劇毒，為何還編入教材，不是為了看實驗現(xiàn)象，而是因為白磷著火點低，易于在密閉容器中控制反應(yīng)的發(fā)生。居于這點，我設(shè)計了一組改進實驗裝置。

圖1教材截圖

2.實驗?zāi)康?/p>

以碳酸鈉溶液和鹽酸反應(yīng)為例，探究反應(yīng)物質(zhì)量總和與生成物質(zhì)量總和是否相等，因為有氣體生成，不能讓氣體逸出到空氣中，質(zhì)量守恒的關(guān)鍵在于實驗過程中保持裝置的氣密性，實驗的難度設(shè)置也在這點上。設(shè)想在同一密閉容器中，實驗前反應(yīng)物要分開稱量，實驗中要讓反應(yīng)物接觸，實驗趨于完全再稱量，這樣設(shè)計實驗裝置成了重要思考點和創(chuàng)新點。

3.實驗裝置

4.實驗原理

2HCl+Na2 CO3 == 2NaCl +CO2↑+H2O

5.實驗步驟及現(xiàn)象

5.1檢查裝置氣密性。將裝置如圖五所示裝好，用手捂住錐形瓶，氣球挺起了，說明氣密性好。

5.2碳酸鈉溶液和稀鹽酸反應(yīng)。碳酸鈉溶液和稀鹽酸反應(yīng)，將0.1克碳酸鈉固體裝入錐形瓶底部，用封口機將塑料袋裁成仿小試管的形狀，用水檢查下袋子是否漏水后，水倒掉，往塑料袋中滴入5 ml1.5 mol.l-1稀鹽酸，塑料袋上端入口處剪短，小心將袋子放入錐形瓶中，蓋上塞子，用量程為200克的托盤天平稱量反應(yīng)物與裝置的總質(zhì)量，記錄讀數(shù)，搖動錐形瓶，使質(zhì)軟的塑料袋倒下，液體自然流出，反應(yīng)物接觸，按住橡皮塞，觀察氣球脹大，等反應(yīng)趨于穩(wěn)定，再次將整個裝置放到托盤天平上稱量，記錄讀數(shù)，對比兩次讀數(shù)，計算誤差范圍，驗證質(zhì)量守恒定律。

6.實驗注意事項

（1）裝置氣密性要好。確保氣體不泄漏，裝置接口越少越好，用凡士林和水封，還用上了水電用的生料帶。

（2）需預(yù)先根據(jù)化學(xué)方程式計算反應(yīng)物的用量和氣體的體積，選擇合適大小的氣球。

7.實驗結(jié)論

本著節(jié)約藥品，防止過量剩余試劑污染環(huán)境，同時使氣球的大小在控制范圍內(nèi)，實驗過程中藥品的用量大多取較少的量，如：碳酸鈉固體取0.1克，物質(zhì)的量為0.00094摩爾，1.5 mol.l-1鹽酸至少用1.26ml，實驗中取5 ml，理論上生成二氧化碳氣體21.06ml；碳酸鈉取0.2克或0.3克，其他數(shù)據(jù)為上述數(shù)據(jù)的兩到三倍。在實驗的效果上：實驗一、五、六反應(yīng)物質(zhì)量總和與生成物質(zhì)量總和相等。

8.實驗創(chuàng)新點

裝置一、五、六好操作易成功，是本節(jié)的創(chuàng)新點，裝置六主要突出它一次性使用方便的特點，可以減輕分組實驗藥品儀器的準(zhǔn)備量。把藥品裝在塑料袋中，密封于一次性豆?jié){杯中，固體分散于錐形瓶底，可增大接觸面積，液體有流動性先裝在密封袋內(nèi)，實驗過程中用針扎破，液體就流出來，反應(yīng)就開始，突破密封體系中控制反應(yīng)發(fā)生的難點；裝置五的特點是用自制塑料袋代替小試管，一端開口，使用塑料袋封口機可以隨意裁切塑料袋的形狀，瓶子入口小，所以裁成長條形的，入瓶前再裁短，方便搖動錐形瓶使固液接觸。裝置一的簡易連通式對不產(chǎn)生氣體的實驗很好用，提高一支試管，液體就流向另一支試管，反應(yīng)就發(fā)生了。裝置七中U形管內(nèi)小試管中的液體不易流出，有待改進；裝置二往Y形管一端加液體過程中，隨著瓶內(nèi)氣壓增大，少量液體向上沿Y形管另一出口流出，改進后引入裝置三，恒壓設(shè)置緩解瓶內(nèi)氣壓大導(dǎo)致液體不易滴下的困難；裝置四設(shè)計為差量法求方程式中各物質(zhì)的質(zhì)量，所以對氣體進行干燥。

9.實驗反思

學(xué)生進行裝置一、五、六分組實驗，其它裝置供學(xué)有余力的同學(xué)實驗或者激發(fā)學(xué)生思考裝置的特點，讓學(xué)生在實驗中思考教師的設(shè)計意圖，從而領(lǐng)悟驗證質(zhì)量守恒定律實驗的核心思維和科學(xué)素養(yǎng)，體驗科學(xué)家的艱辛實驗歷程。

實驗中的其它思考，使用電子天平目的是為了稱量400克以內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量，電子天平盤面大，可以放置更多的物體，通過裝置四實驗，可以稱量氣球中二氧化碳氣體的質(zhì)量，設(shè)置一道差量法計算碳酸鈉的質(zhì)量的試題，從實驗探究質(zhì)量守恒，自然過渡到質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用；在設(shè)置過程中，使用小錐形瓶目的是瓶內(nèi)空氣較少，氣球中空氣的含量就少，可減少誤差。

參考文獻：

[1]將氣球用于驗證質(zhì)量守恒定律實驗的問題探討 王秀梅，李德前，中國現(xiàn)代教育裝備，2013，第8期

[2]課堂探究質(zhì)量守恒定律的實驗創(chuàng)新設(shè)計與應(yīng)用 潘國榮，蒲翠滿，中國現(xiàn)代教育裝備，2013，第24期，40-41