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        質(zhì)量守恒定律中鎂條燃燒的教學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

        2021-08-03 09:48:25高莉
        教育界·下旬 2021年6期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

        高莉

        【摘要】通過測定敞開體系中化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量變化情況,學(xué)生能夠透過不同情況下測量結(jié)果的表象,更為深入地認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量關(guān)系的本質(zhì)。教材中涉及的鎂條燃燒實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往偏小。對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),用牛奶盒罩住白煙,經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)始終測得質(zhì)量增大,教學(xué)效果非常明顯。

        【關(guān)鍵詞】質(zhì)量守恒定律;鎂條燃燒;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

        人教版九年級化學(xué)上冊第五單元“課題1 質(zhì)量守恒定律”第92頁實(shí)驗(yàn)5-2,在石棉網(wǎng)上方將鎂條點(diǎn)燃,觀察現(xiàn)象,然后將鎂條燃燒后的產(chǎn)物與石棉網(wǎng)一起放在托盤天平上稱量,比較反應(yīng)前后的質(zhì)量[1]。教材設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)的目的是通過鎂燃燒后質(zhì)量增大來引導(dǎo)學(xué)生正確理解質(zhì)量守恒定律,但按照教材上的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作,實(shí)驗(yàn)效果不是很理想。由此,本文主要探討質(zhì)量守恒定律中鎂條燃燒的教學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。

        一、教材原實(shí)驗(yàn)分析

        參考《義務(wù)教育教科書教師教學(xué)用書·化學(xué)·九年級上冊》,托盤天平的靈敏度較低,在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意使鎂條有足夠的長度,以保證天平的測量結(jié)果有明顯變化。有條件的學(xué)??墒褂梅治鎏炱交螂娮犹炱竭M(jìn)行稱量[2]。我們選擇精確度為0.01g的電子天平,按人教版教材中“課題1 質(zhì)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)步驟,不做其他改進(jìn)來做此實(shí)驗(yàn)。

        改進(jìn)前實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)如表1。實(shí)驗(yàn)前總質(zhì)量包括的物品有鎂條、石棉網(wǎng)、鑷子、硬質(zhì)墊板;實(shí)驗(yàn)后總質(zhì)量包括的物品有鎂條燃燒后的產(chǎn)物、石棉網(wǎng)、鑷子、硬質(zhì)墊板。

        從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,鎂條用量較少時(shí),反應(yīng)后的固體總質(zhì)量減小。使用鎂條質(zhì)量增大到0.18g時(shí),反應(yīng)后固體的總質(zhì)量沒有明顯變化;鎂條質(zhì)量增大到0.25g時(shí),反應(yīng)后總質(zhì)量增加了0.01g;當(dāng)鎂條質(zhì)量增大到0.33g時(shí),反應(yīng)后總質(zhì)量沒有發(fā)現(xiàn)明顯變化,實(shí)驗(yàn)效果不理想。之所以出現(xiàn)這樣的結(jié)果,經(jīng)分析主要是鎂在燃燒過程中生成了大量的白煙逸散到空氣中,而這白煙的主要成分是鎂燃燒的產(chǎn)物氧化鎂,逸散的氧化鎂不能收集起來進(jìn)行稱量,因而反應(yīng)后剩余物質(zhì)的總質(zhì)量減輕。

        二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)思路

        要解決教材中鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小的問題,需要利用器皿將白煙罩住,盡量形成一個(gè)相對密封的環(huán)境,保證鎂燃燒生成的產(chǎn)物不會逸散到空氣中,而實(shí)驗(yàn)室中沒有專用的儀器來完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)。在尋找實(shí)驗(yàn)材料的過程中我們首先用到了礦泉水瓶[3],將一個(gè)500mL礦泉水瓶攔腰剪開,留下下半部分,在實(shí)驗(yàn)中點(diǎn)燃鎂條后將其迅速罩在白煙上方,發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶能罩住一部分白煙,但因?yàn)殒V條燃燒放出大量的熱使礦泉水瓶迅速融化變形,還是有相當(dāng)一部分產(chǎn)物逸散到空氣中去了,實(shí)驗(yàn)最終稱得的質(zhì)量依然減輕,實(shí)驗(yàn)效果不理想。

        尋找一種能耐高溫且相對安全的器皿罩在鎂燃燒后的白煙上方是解決問題的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)室中的很多玻璃儀器雖然能夠罩在火焰上方,但持續(xù)的高溫可能會使玻璃儀器炸裂,存在一定的安全隱患;而能耐高溫的陶瓷器皿如蒸發(fā)皿、坩堝又太小。最后我們找到了一種生活中常見的物品——瓶裝牛奶盒。瓶裝牛奶盒外層是紙板,內(nèi)層是能耐高溫的鋁箔紙,不易燃燒,即使是高溫條件下發(fā)生少許膨脹也不會炸裂,安全系數(shù)較高。基于這樣的想法,我們利用裁剪好的牛奶盒來完成實(shí)驗(yàn),并采用精確度為0.01g的電子天平進(jìn)行反應(yīng)前后質(zhì)量的測定。

        三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過程

        (一)實(shí)驗(yàn)用品

        鎂條、砂紙、鑷子、石棉網(wǎng)、硬質(zhì)墊板、裁剪好的牛奶盒、精確度為0.01g的電子天平、酒精燈、火柴。

        (二)實(shí)驗(yàn)步驟

        1.稱取經(jīng)砂紙打磨過的鎂條的質(zhì)量并記錄;

        2.稱取鎂條、牛奶盒、鑷子、石棉網(wǎng)和硬質(zhì)墊板的總質(zhì)量并記錄;

        3.點(diǎn)燃酒精燈,將鎂條在酒精燈上點(diǎn)燃;

        4.鎂條燃燒,迅速將牛奶盒罩在白煙上方;

        5.同時(shí)將點(diǎn)燃的鎂條和牛奶盒一起轉(zhuǎn)移到石棉網(wǎng)上,將牛奶盒壓緊,防止白煙逸出;

        6.待鎂條燃燒完全、牛奶盒外壁冷卻后,小心地將硬質(zhì)墊板、石棉網(wǎng)、牛奶盒和鑷子一起移至電子天平進(jìn)行稱量;

        7.將所有物品移至電子天平后,要注意稍等片刻,待電子天平示數(shù)穩(wěn)定后再進(jìn)行讀數(shù)。

        (三)改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)(表2)

        實(shí)驗(yàn)前總質(zhì)量包括的物品有鎂條、牛奶盒、鑷子、石棉網(wǎng)、硬質(zhì)墊板;實(shí)驗(yàn)后總質(zhì)量包括的物品有鎂條燃燒后的產(chǎn)物、牛奶盒、鑷子、石棉網(wǎng)、硬質(zhì)墊板。

        (四)實(shí)驗(yàn)過程說明

        1.前三次實(shí)驗(yàn)鎂條稱取0.05g左右,從點(diǎn)燃鎂條到質(zhì)量比較穩(wěn)定,用時(shí)約4分鐘;最后兩次實(shí)驗(yàn)鎂條稱量0.02g,從點(diǎn)燃到質(zhì)量比較穩(wěn)定,用時(shí)約2.5分鐘;

        2.實(shí)驗(yàn)過程中點(diǎn)燃鎂條后迅速用牛奶盒罩住白煙,仍會有少許白煙逸出,從多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,并不影響最終總質(zhì)量增大的事實(shí);

        3.因?qū)嶒?yàn)過程中需將牛奶盒稍用力壓住,以防生成的白煙逸出,而石棉網(wǎng)的硬度不夠,故在石棉網(wǎng)的下方墊上一塊硬質(zhì)墊板,方便轉(zhuǎn)移;

        4.實(shí)驗(yàn)過程中,為方便學(xué)生更清楚地觀察質(zhì)量變化的情況,有條件的學(xué)??山Y(jié)合“希沃授課助手中的移動展臺”,將整個(gè)過程同步直播到教室的電腦上。

        四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的教學(xué)效果分析

        1.在實(shí)驗(yàn)過程中加入對比實(shí)驗(yàn),對比實(shí)驗(yàn)中白煙直接逸散到空氣中和罩住白煙后的質(zhì)量變化很明顯,能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力,促使學(xué)生學(xué)會從多角度思考解決問題,從而提高課堂教學(xué)的有效性。

        2.實(shí)驗(yàn)中將內(nèi)層為鋁箔紙的牛奶盒的上部剪掉(注意剪平整),鎂燃燒時(shí)迅速罩住鎂燃燒后的產(chǎn)物,待牛奶盒外壁冷卻后,移至電子天平稱量,會發(fā)現(xiàn)質(zhì)量逐漸增大,經(jīng)過1至2分鐘,逐漸穩(wěn)定下來,這個(gè)過程注意不要移動牛奶盒,因?yàn)槔锩嫒杂幸恍┌谉煕]有沉降下來,但這時(shí)測得質(zhì)量已經(jīng)明顯增大,已達(dá)到教學(xué)目的。在這個(gè)過程中可讓學(xué)生思考反應(yīng)后質(zhì)量為什么會逐漸增大,等數(shù)值增大到一定程度,可拿起牛奶盒,能觀察到有白煙逸出,進(jìn)而理解鎂條燃燒產(chǎn)生的白煙沉降下來需要一定的時(shí)間,故稱量過程中產(chǎn)物的質(zhì)量會逐漸增大。這樣,學(xué)生既理解了質(zhì)量守恒定律,又學(xué)會了從不同的角度分析化學(xué)變化中的誤差情況。

        3.用托盤天平進(jìn)行質(zhì)量的測定,需耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行調(diào)平、稱量,在調(diào)節(jié)天平中時(shí)間太長也會分散學(xué)生的注意力,而本堂課的重點(diǎn)是讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中感受化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量的變化問題,所以采用電子天平能讓學(xué)生更直觀地感受到質(zhì)量的變化。

        4.托盤天平的精確度是0.1g,反應(yīng)前后要觀察到明顯的質(zhì)量變化,理論上需用到0.2g左右的鎂條,采用電子天平可將鎂條質(zhì)量縮小到原來的十分之一,現(xiàn)象仍然十分明顯,改進(jìn)后可節(jié)約大量藥品,且大大縮短鎂條燃燒、牛奶盒冷卻及質(zhì)量穩(wěn)定所需的時(shí)間,使課堂更為緊湊。

        5.鎂條燃燒后的部分產(chǎn)物直接逸散到空氣中,會對空氣造成一定的污染,不利于環(huán)境的保護(hù)。將白煙收集起來既減小了實(shí)驗(yàn)誤差,也不會造成空氣污染。

        五、結(jié)語

        經(jīng)過改進(jìn)后的探究鎂條燃燒前后的質(zhì)量變化實(shí)驗(yàn),具有操作安全、材料易得、步驟緊湊、現(xiàn)象明顯、節(jié)約藥品以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),能讓學(xué)生更好地理解質(zhì)量守恒定律,實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的高效率。

        【參考文獻(xiàn)】

        化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書化學(xué)九年級(上冊)[M].北京:人民教育出版社,2012:94.

        化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書教師教學(xué)用書化學(xué)九年級(上冊)[M].北京:人民教育出版社,2016:144.

        馮桂好.質(zhì)量守恒定律中鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].教育教學(xué)論壇,2013(40):183-184.

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