袁榮卉

【摘 要】質(zhì)量守恒是初中化學(xué)的教學(xué)難點(diǎn)，而對(duì)于氣體反應(yīng)前后質(zhì)量關(guān)系的探究更是重點(diǎn)。以滬教版初中化學(xué)中，利用硫酸銅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)、稀鹽酸與大理石反應(yīng)為例，通過(guò)反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定、分析，以此為追疑，提出教學(xué)改進(jìn)建議。

【關(guān)鍵詞】初中化學(xué);質(zhì)量守恒;實(shí)驗(yàn)探究

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)的重要內(nèi)容，也是對(duì)化學(xué)變化中物質(zhì)質(zhì)量研究的基本定律。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，重點(diǎn)是引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)質(zhì)量守恒定律，并利用質(zhì)量守恒定律進(jìn)行生活、生產(chǎn)現(xiàn)象的解釋?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)集知識(shí)、技能于一身，綜合性較強(qiáng)，需要對(duì)多個(gè)影響因素進(jìn)行分析、推理。化學(xué)反應(yīng)中，參與化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，應(yīng)該與反應(yīng)后生成的各物質(zhì)質(zhì)量總和相等。但由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)呈微觀化，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中往往存在誤差。質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，促進(jìn)學(xué)生思維轉(zhuǎn)換，在解釋和驗(yàn)證化學(xué)規(guī)律中，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、關(guān)于質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)測(cè)定

在滬教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)，結(jié)合硫酸銅與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置及藥品進(jìn)行反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定。錐形瓶中加入適量硫酸銅溶液，然后利用滴管滴加氫氧化鈉溶液，觀察實(shí)驗(yàn)前后整體質(zhì)量的變化。在實(shí)驗(yàn)中，滴管與錐形瓶所構(gòu)成的密閉環(huán)境下，反應(yīng)前后，天平上的砝碼示數(shù)保持不變。同樣，在滬教版教材中，還有石灰石與稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)，對(duì)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系進(jìn)行探究的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)在于探究實(shí)驗(yàn)中氣體的生成前后，物質(zhì)質(zhì)量的變化情況。由于生成物里包含氣體，因此，在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時(shí)，要注意在密閉容器中進(jìn)行，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)氣體產(chǎn)生的浮力進(jìn)行分析。石灰石與稀鹽酸的反應(yīng)是學(xué)生比較熟悉的，但教材中所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)部分，為了避免生成的二氧化碳使橡皮塞彈出，在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)引入石灰水來(lái)吸收二氧化碳。這樣一來(lái)，對(duì)于質(zhì)量守恒定律的驗(yàn)證難免不合理，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的目標(biāo)在于測(cè)定反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，但同時(shí)又涵蓋其他化學(xué)反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)前后反應(yīng)物的總質(zhì)量是否發(fā)生變化，應(yīng)該是兩個(gè)反應(yīng)共同的結(jié)果，不能作為單一實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前后質(zhì)量守恒的評(píng)判依據(jù)。

二、改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)方案存在的問(wèn)題

在滬教版義務(wù)教育階段化學(xué)新課標(biāo)中，對(duì)質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了改進(jìn)，利用注射器緩沖二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生的壓強(qiáng)，并對(duì)氣體產(chǎn)生的浮力忽略不計(jì)。我們通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)和實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)依然存在諸多問(wèn)題。簡(jiǎn)單梳理如下：一是實(shí)驗(yàn)中所需藥品的用量問(wèn)題。參與化學(xué)反應(yīng)的各種藥品，必須嚴(yán)格控制其用量。在該實(shí)驗(yàn)中，由于要產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，如果氣體量太多，橡皮塞可能會(huì)因較大壓力而彈出，反而干擾整個(gè)實(shí)驗(yàn)的密閉環(huán)境條件。同樣，在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)前，也需結(jié)合各反應(yīng)物的關(guān)系，合理計(jì)算相關(guān)藥品的用量，以更好地確保實(shí)驗(yàn)裝置可以進(jìn)行有效實(shí)驗(yàn)。在稀鹽酸與大理石的反應(yīng)中，通常每產(chǎn)生0.1g二氧化碳，常溫下其體積約為50ml。以150mL的錐形瓶，輔以50mL的注射器，采用1：5的稀鹽酸5mL進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在錐形瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生的氣泡雖然不多，但注射器活塞上升較快，很快置頂。這樣一來(lái)，會(huì)帶來(lái)橡皮塞彈出的問(wèn)題。如果加大稀鹽酸的濃度，則錐形瓶?jī)?nèi)氣泡會(huì)產(chǎn)生得很多，注射器活塞置頂更快，橡皮塞彈出更快。二是針對(duì)注射器的量程問(wèn)題，為了調(diào)控二氧化碳的生成量及產(chǎn)生的壓力，我們?cè)谶x擇注射器時(shí)，也要對(duì)其量程進(jìn)行合理選擇。如果量程偏小，則可能誘發(fā)實(shí)驗(yàn)未完成，橡皮塞已經(jīng)彈出的問(wèn)題。二氧化碳?xì)怏w質(zhì)量小，但體積大，當(dāng)選用的注射器量程為10mL時(shí)，實(shí)驗(yàn)中5s內(nèi)活塞置頂，橡皮塞彈出;當(dāng)注射器量程為20mL時(shí)，10s內(nèi)發(fā)生橡皮塞彈出;當(dāng)注射器量程為50mL時(shí)，半分鐘后橡皮塞彈出?？梢?jiàn)，對(duì)于二氧化碳?xì)怏w的收集，注射器的量程要大于50mL，以確保整個(gè)裝置能夠按照實(shí)驗(yàn)預(yù)期進(jìn)行。

三、對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的追疑

從質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)來(lái)看，考慮到藥品的用量，以及注射器的量程問(wèn)題后，在具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，依然存在稱量前后天平數(shù)據(jù)存在較大誤差的問(wèn)題。在具體實(shí)驗(yàn)中，我們同樣使用同樣的實(shí)驗(yàn)裝置，選用1：3的稀鹽酸5mL與大理石進(jìn)行反應(yīng)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)前后的總質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果如下：在用50mL注射器實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于二氧化碳?xì)怏w體積較大，整個(gè)實(shí)驗(yàn)在天平的承載下，因天平的精度不同而出現(xiàn)不同的反應(yīng)結(jié)果。當(dāng)使用實(shí)驗(yàn)精度為0.01g的天平時(shí)，氣體產(chǎn)生的浮力忽略不計(jì)，但天平并未如實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)那樣保持良好的平衡;當(dāng)天平的精度調(diào)整為0.1g時(shí)，氣體所產(chǎn)生的浮力變化，基本在誤差范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)前后天平保持平衡?？梢?jiàn)，在該實(shí)驗(yàn)中，除了對(duì)于藥品用量的準(zhǔn)確控制，對(duì)注射器量程的設(shè)置外，由于產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，本身的體積較大，所產(chǎn)生的浮力是不能忽略不計(jì)的。除非將天平的精確度降低，才能確保天平維持平衡。另外，在使用上述實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，注射器活塞每上升10mL，天平稱量值會(huì)變化0.01g，可見(jiàn)，對(duì)于藥品的用量控制，也會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)一些干擾。也就是說(shuō)，在用稀鹽酸與大理石反應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)注射器的選擇和應(yīng)用，不僅需要關(guān)注藥品用量的調(diào)控，還要觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程，時(shí)刻關(guān)注注射器活塞是否置頂問(wèn)題，避免因置頂而帶來(lái)對(duì)天平示數(shù)的干擾。為此，仍需對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)，來(lái)化解實(shí)驗(yàn)不足。

四、對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的再改進(jìn)

藉于前面對(duì)質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)分析、改進(jìn)和追疑，我們提出新的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案。一是對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改變，利用塑料瓶作為密閉空間，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行記錄：稀鹽酸與大理石進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，且反應(yīng)前與反應(yīng)后物質(zhì)總質(zhì)量“幾乎不變”。實(shí)驗(yàn)中，使用1：3稀鹽酸溶液5mL，在密閉塑料瓶中，有大量氣泡產(chǎn)生，并伴有“嘶嘶”的響聲，對(duì)實(shí)驗(yàn)中天平示數(shù)進(jìn)行記錄，反應(yīng)前總質(zhì)量約為33.37g，反應(yīng)后總質(zhì)量約為33.36g，半分鐘后打開(kāi)瓶蓋，質(zhì)量減少0.1g。借助于上述實(shí)驗(yàn)方案的再次改進(jìn)與優(yōu)化，可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以很好地驗(yàn)證“質(zhì)量守恒定律”的科學(xué)性、正確性。但對(duì)于演示實(shí)驗(yàn)本身，由于還存在實(shí)驗(yàn)操作中的誤差，需要對(duì)特別是藥品、裝置進(jìn)行合理優(yōu)化，來(lái)提升實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其目標(biāo)在于通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)解釋“守恒”的原因，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)律解決化學(xué)問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，需要做好以下幾點(diǎn)：一是對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的明確。質(zhì)量守恒定律是重要的化學(xué)概念，對(duì)于宏觀化學(xué)物質(zhì)，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證;對(duì)于微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)，同樣適用。二是對(duì)實(shí)驗(yàn)維度的解析，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，讓學(xué)生了解化學(xué)反應(yīng)的全過(guò)程，認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)前、后物質(zhì)總質(zhì)量的關(guān)系。三是對(duì)化學(xué)學(xué)科教育的推進(jìn)。以化學(xué)課程為依托，讓學(xué)生了解化學(xué)變化的本質(zhì)，從書(shū)面知識(shí)到微觀示意，再?gòu)幕瘜W(xué)信息的提取、定性、定量分析，以最恰當(dāng)?shù)慕忉寔?lái)說(shuō)明化學(xué)變化規(guī)律。在質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)中，有概念、有解釋、有推理、有比較、有應(yīng)用，能夠深化學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的認(rèn)知。

總之，質(zhì)量守恒定律是對(duì)化學(xué)反應(yīng)由定性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)向定量分析的關(guān)鍵點(diǎn)，更是發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的知識(shí)載體。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析、方案設(shè)計(jì)與改進(jìn)優(yōu)化中，要注重化學(xué)宏觀辨識(shí)與微觀探究，科學(xué)精神與創(chuàng)新意識(shí)的激發(fā)，依托化學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)“問(wèn)題鏈、合作學(xué)習(xí)”環(huán)境，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中深刻理解質(zhì)量守恒定律，把握化學(xué)基本觀念和方法。初中階段，化學(xué)學(xué)習(xí)要突出趣味引領(lǐng)，借助化學(xué)實(shí)驗(yàn)，關(guān)注學(xué)生的知識(shí)體驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)習(xí)得，將化學(xué)知識(shí)貫穿其中，搭建實(shí)驗(yàn)情境。在質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，教師要注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇開(kāi)放性，從不同實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式來(lái)引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，探析實(shí)驗(yàn)影響因素，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)步驟、方法，選取適當(dāng)?shù)膬x器，挖掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)的關(guān)鍵能力。在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，還存在一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足或缺陷，希望各位同仁能夠多提寶貴意見(jiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]范章月.《質(zhì)量守恒定律》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索[J].教育與裝備研究，2017，33（09）：74-76

[2]顏標(biāo)峰.對(duì)化學(xué)教材中實(shí)驗(yàn)功能的深度解讀——以“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)為例[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2017，34（05）：15-16

[3]顏標(biāo)峰.初中化學(xué)教材中實(shí)驗(yàn)功能的深層次解讀——以“質(zhì)量守恒定律”一節(jié)為例[J].江西教育，2017（08）：22-23