對(duì)“質(zhì)量守恒定律改進(jìn)實(shí)驗(yàn)”的商榷與優(yōu)化

魏雅寧 李德前

摘要：對(duì)有關(guān)文獻(xiàn)中兩個(gè)質(zhì)量守恒定律改進(jìn)實(shí)驗(yàn)提出商榷，并依據(jù)科學(xué)性的原則進(jìn)一步優(yōu)化;研究表明，改進(jìn)“紅磷燃燒前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)時(shí)不能將紅磷更換為火柴頭，因?yàn)榛鸩耦^上不含磷;改進(jìn)“鹽酸與碳酸鈉反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)時(shí)不能用氣球封閉容器口，因?yàn)闅馇蚺蛎浰芨×?duì)實(shí)驗(yàn)的影響較大。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律;改進(jìn)實(shí)驗(yàn);商榷;優(yōu)化

文章編號(hào)：1008-0546（2020）09-0095-02

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

我們發(fā)現(xiàn)，2020年第1期《化學(xué)教與學(xué)》中張激、陳婷鈺、曾婷等同志撰寫的《探究質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新》一文（以下簡(jiǎn)稱“張文”）涉及的幾個(gè)改進(jìn)方案，有的值得商榷。

一、“紅磷燃燒前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行人教版九年級(jí)化學(xué)教科書中編排的“紅磷燃燒前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)，其裝置（見圖1）組裝麻煩，操作也較為繁瑣。

張文中給出的改進(jìn)方案是“將紅磷更換為火柴，裝入封閉的試管里加熱”，改進(jìn)裝置如圖2所示。

由于該實(shí)驗(yàn)體系中存在多個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而我們實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的是“反應(yīng)前后的總質(zhì)量”，顯然據(jù)此無法推出其中的某個(gè)化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)前后的質(zhì)量是否改變。

因此，一個(gè)質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)只能涉及一個(gè)獨(dú)立的化學(xué)反應(yīng)，同一反應(yīng)體系內(nèi)絕不能涉及兩個(gè)或多個(gè)化學(xué)反應(yīng)。

2.對(duì)改進(jìn)方案的再優(yōu)化

張文中的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置（見圖2）還是很簡(jiǎn)約的，我們借用該裝置、仍然使用紅磷，即可達(dá)到原理不變、裝置簡(jiǎn)化、操作方便的效果。

另外，還可以改用鐵質(zhì)瓶蓋的玻璃包裝瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（見圖3）。查閱有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可知，食品包裝玻璃瓶的耐壓值為-1atm～2atm，對(duì)其加熱是不會(huì)發(fā)生爆裂的，這樣實(shí)驗(yàn)體系內(nèi)紅磷燃燒前后的質(zhì)量一定保持不變。

二、“鹽酸與碳酸鈉粉末反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行人教版初中化學(xué)教科書中編排的“鹽酸與碳酸鈉粉末反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)是在燒杯中進(jìn)行的（見圖4），由于二氧化碳?xì)怏w逸出實(shí)驗(yàn)體系，導(dǎo)致反應(yīng)后的質(zhì)量變小了。

在課堂教學(xué)中，教師都會(huì)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此敞口實(shí)驗(yàn)體系進(jìn)行改進(jìn)，以使反應(yīng)前后的質(zhì)量保持不變。張文中提供了三套有關(guān)的改進(jìn)方案，其中的一套是“借助用氣球封閉的錐形瓶，進(jìn)行反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”（裝置見圖5）。

1.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)存在的問題

我們利用圖5所示的改進(jìn)裝置，分別使用托盤天平（精確度0.1g）、電子天平（精確度0.01g）測(cè)量反應(yīng)后的質(zhì)量，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1：

上述實(shí)驗(yàn)說明，隨著氣球的膨脹，空氣對(duì)氣球的浮力增大，導(dǎo)致天平失去平衡，反應(yīng)后的稱量值也明顯減小。

因此，有氣體放出的質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)不能用小氣球封閉容器口。

2.對(duì)改進(jìn)方案的再優(yōu)化

我們利用密閉的碳酸飲料塑料瓶（其耐壓值約為10kg/cm2～20kg/cm2）進(jìn)行“鹽酸與碳酸鹽反應(yīng)前后質(zhì)量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)（傾斜瓶子即反應(yīng)，正立瓶子反應(yīng)停止，見圖6），只要控制反應(yīng)生成的二氧化碳體積不超過瓶子容積的4倍，碳酸飲料塑料瓶就不會(huì)爆裂。

總之，我們一線化學(xué)教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新時(shí)，必須確保改進(jìn)方案的科學(xué)性，這是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的紅線、底線，絕不能對(duì)改進(jìn)方案想當(dāng)然，也不能對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)紙上談兵。作為高級(jí)思維指導(dǎo)下的實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)必須理性構(gòu)思、不斷修正、反復(fù)試驗(yàn)，這樣才能獲得簡(jiǎn)約直觀、安全環(huán)保、富有思維的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方案。