鎂燃燒實驗在質量守恒定律教學中的設計

王大華

（陜西平利縣長安初級中學 陜西 平利 725509）

一、問題提出

人教版九年級化學（上）第五單元課題1質量守恒定律［實驗5-2］取一根用砂紙打磨干凈的長鎂條和一個石棉網，將它們一起放在托盤天平上稱量，記錄所稱的質量。在石棉網上方將鎂條點燃，觀察反應現象。將鎂條燃燒后的產物與石棉網一起放在托盤天平上稱量，比較反應前后的質量。

該實驗可行嗎？鎂條燃燒后的產物與石棉網的總質量會比反應前的質量多嗎？

實驗驗證：取適量的鎂條連同蒸發皿和鑷子一起放在電子天平 （本實驗采用精確量為0.001g電子天平）上稱量，記錄所稱的質量。在蒸發皿的上方將鎂條點燃，發現有大量白煙生成。同時鑷子前端有白色固體附著。蒸發皿收集到鎂條燃燒后的產物與鑷子一起放在電子天平上稱量，比較反應前后的質量。記錄實驗數據如下：

實驗次數實驗數據1 2 3實驗前物質質量（g） 48.105 48.025 46.443實驗后物質質量（g） 48.023 47.927 46.437

從實驗數據來看，實驗后物質總質量比反應前物質總質量減少。為什么反應后物質質量反而比反應前的少呢？從實驗現象看鎂燃燒有大量白煙生成。白煙的成分是什么？鎂燃燒時所產生的白色煙霧，那不是氧化鎂，也與氧化鎂無關。它的產生原因是：當鎂在有限的空氣中燃燒時，除了生成氧化鎂外，同進還生成一定數量的氮化鎂，反應式為3Mg+N2＝點燃Mg3N2。由于氮化鎂易升華,是典型離子化合物。如果空氣濕度較大，氮化鎂會與水蒸氣發生強烈的水解反應：Mg3N2+6H2O＝3Mg （OH）2+2NH3。氫氧化鎂和氨氣散逸懸浮在氣流中，大量逸出的白煙就是新生成的氫氧化鎂。另外鎂在氧氣中燃燒溫度很高，鎂的熔點648.8℃，沸點1107℃，導致一部分鎂沸騰并同時與氧氣氮氣反應分別生成氧化鎂和氮化鎂。鎂條燃燒產生大量白煙不僅含有氫氧化鎂還有氧化鎂小顆粒。燃燒后得到的殘留物必然少于理論產值。那么如何設計實驗來驗證反應后生成物的質量增多呢？

二、實驗改進目的

質量守恒定律是化學基本定律，是教材重點內容。教材中設計鎂在空氣中燃燒實驗，目的是讓學生形成認知沖突，更全面地理解質量守恒定律。實驗準確可信性就非常重要。為此，我對實驗作了一定的改進，該實驗便于教師演示，效果明顯。

三、實驗器材選取

鎂在空氣中燃燒時能夠放出大量的熱和產生很高的溫度，使生產的氧化鎂在高溫下因灼熱發出強烈的白光，對教師和學生視力有一定的危害。所以實驗用量不宜過大。采用精確度高的電子天平（精確精確量為0.001g）只需取用0.005g左右的鎂就有明顯的效果。實驗符合人性化要求。

本實驗用到的電子天平最大量程僅為100g,采用150mL的塑料瓶代替集氣瓶收集生成物。用鑷子替代坩堝鉗。

玻璃片替代石棉網是防止燃燒生成物溢出。在玻璃片上放置銅片以防止玻璃片炸裂。

四、實驗步驟

1.取一定量的鎂條連同玻璃片、銅片、塑料瓶和鑷子一起放在電子天平上稱量，記錄所稱的質量。

2.在酒精燈上將鎂條點燃，塑料瓶罩在鎂條上方（如下左圖）。發現白煙填充到塑料瓶的中部時，迅速把燃燒的鎂條放在放置在玻璃片上的銅片上，同時罩上塑料瓶。鎂條燃燒，瓶中充滿大量白煙（如下右圖）。反應后的物質連同玻璃片、銅片、塑料瓶和鑷子，一起放在電子天平上稱量，分時間段記錄質量。

3.分別取不同質量的鎂條重復上述實驗。實驗數據分別填入下表：

實驗后（鎂條熄滅后）（g）1min 2min 3min 4min 5min第一次 89.013 88.987-88.887 88.935 88.993 89.017 89.022 89.023第二次 89.019 88.994-88.908 88.910 89.004 89.033 89.038 89.038第三次 89.012 88.984-88.884 88.900 88.990 89.019 89.021 89.021記錄 實驗前（g） 實驗中（g）（熄滅前 30s）實驗

從圖表中可以發現，實驗開始一段時間（即熄滅前30s），物質總質量在不斷減少。這是由于燃燒釋放大量的熱導致部分鎂沸騰變成氣體，并與空氣中氣體發生反應生成氧化鎂和氮化鎂 （氮化鎂同時分解生成氫氧化鎂）以固體小顆粒形式分散到瓶中。實驗后一段時間（3min以前）質量逐漸增大，由于反應生成的氧化鎂和氫氧化鎂懸浮于瓶中，隨著時間的延長逐漸沉積在玻璃板上。致使天平示數不斷升高。3min后天平示數明顯大于反應前質量。待白煙消失，氧化鎂和氫氧化鎂全部沉積在玻璃片上，天平示數不再變化。整個實驗現象非常明顯，而且電子天平再現了整個反應過程質量動態變化。實驗結果更具說服力。

［1］ 課程教材研究所.義務教育課程標準實驗教科書·化學（上）［M］.北京：人民教育出版社，2006

［2］ 金衛紅.鎂燃燒實驗現象解析［J］.杭州教育學院學報,2000,（7）