質量守恒定律中鎂條燃燒的教學實驗改進

高莉

【摘要】通過測定敞開體系中化學反應前后的質量變化情況，學生能夠透過不同情況下測量結果的表象，更為深入地認識化學反應前后質量關系的本質。教材中涉及的鎂條燃燒實驗，實驗結果往往偏小。對此實驗進行改進，用牛奶盒罩住白煙，經過反復實驗始終測得質量增大，教學效果非常明顯。

【關鍵詞】質量守恒定律;鎂條燃燒;實驗改進

人教版九年級化學上冊第五單元“課題1 質量守恒定律”第92頁實驗5-2，在石棉網上方將鎂條點燃，觀察現象，然后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[1]。教材設計該實驗的目的是通過鎂燃燒后質量增大來引導學生正確理解質量守恒定律，但按照教材上的實驗步驟進行操作，實驗效果不是很理想。由此，本文主要探討質量守恒定律中鎂條燃燒的教學實驗改進。

一、教材原實驗分析

參考《義務教育教科書教師教學用書·化學·九年級上冊》，托盤天平的靈敏度較低，在實驗時應注意使鎂條有足夠的長度，以保證天平的測量結果有明顯變化。有條件的學校可使用分析天平或電子天平進行稱量[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 質量守恒定律”的實驗步驟，不做其他改進來做此實驗。

改進前實驗相關數據如表1。實驗前總質量包括的物品有鎂條、石棉網、鑷子、硬質墊板;實驗后總質量包括的物品有鎂條燃燒后的產物、石棉網、鑷子、硬質墊板。

從實驗結果來看，鎂條用量較少時，反應后的固體總質量減小。使用鎂條質量增大到0.18g時，反應后固體的總質量沒有明顯變化;鎂條質量增大到0.25g時，反應后總質量增加了0.01g;當鎂條質量增大到0.33g時，反應后總質量沒有發現明顯變化，實驗效果不理想。之所以出現這樣的結果，經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物氧化鎂，逸散的氧化鎂不能收集起來進行稱量，因而反應后剩余物質的總質量減輕。

二、實驗改進思路

要解決教材中鎂條燃燒實驗結果偏小的問題，需要利用器皿將白煙罩住，盡量形成一個相對密封的環境，保證鎂燃燒生成的產物不會逸散到空氣中，而實驗室中沒有專用的儀器來完成這個實驗。在尋找實驗材料的過程中我們首先用到了礦泉水瓶[3]，將一個500mL礦泉水瓶攔腰剪開，留下下半部分，在實驗中點燃鎂條后將其迅速罩在白煙上方，發現礦泉水瓶能罩住一部分白煙，但因為鎂條燃燒放出大量的熱使礦泉水瓶迅速融化變形，還是有相當一部分產物逸散到空氣中去了，實驗最終稱得的質量依然減輕，實驗效果不理想。

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鍵。實驗室中的很多玻璃儀器雖然能夠罩在火焰上方，但持續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，內層是能耐高溫的鋁箔紙，不易燃燒，即使是高溫條件下發生少許膨脹也不會炸裂，安全系數較高。基于這樣的想法，我們利用裁剪好的牛奶盒來完成實驗，并采用精確度為0.01g的電子天平進行反應前后質量的測定。

三、實驗改進過程

（一）實驗用品

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

（二）實驗步驟

1.稱取經砂紙打磨過的鎂條的質量并記錄;

2.稱取鎂條、牛奶盒、鑷子、石棉網和硬質墊板的總質量并記錄;

3.點燃酒精燈，將鎂條在酒精燈上點燃;

4.鎂條燃燒，迅速將牛奶盒罩在白煙上方;

5.同時將點燃的鎂條和牛奶盒一起轉移到石棉網上，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，小心地將硬質墊板、石棉網、牛奶盒和鑷子一起移至電子天平進行稱量;

7.將所有物品移至電子天平后，要注意稍等片刻，待電子天平示數穩定后再進行讀數。

（三）改進后實驗相關數據（表2）

實驗前總質量包括的物品有鎂條、牛奶盒、鑷子、石棉網、硬質墊板;實驗后總質量包括的物品有鎂條燃燒后的產物、牛奶盒、鑷子、石棉網、硬質墊板。

（四）實驗過程說明

1.前三次實驗鎂條稱取0.05g左右，從點燃鎂條到質量比較穩定，用時約4分鐘;最后兩次實驗鎂條稱量0.02g，從點燃到質量比較穩定，用時約2.5分鐘;

2.實驗過程中點燃鎂條后迅速用牛奶盒罩住白煙，仍會有少許白煙逸出，從多次實驗結果來看，并不影響最終總質量增大的事實;

3.因實驗過程中需將牛奶盒稍用力壓住，以防生成的白煙逸出，而石棉網的硬度不夠，故在石棉網的下方墊上一塊硬質墊板，方便轉移;

4.實驗過程中，為方便學生更清楚地觀察質量變化的情況，有條件的學校可結合“希沃授課助手中的移動展臺”，將整個過程同步直播到教室的電腦上。

四、實驗改進后的教學效果分析

1.在實驗過程中加入對比實驗，對比實驗中白煙直接逸散到空氣中和罩住白煙后的質量變化很明顯，能夠激發學生的創造思維能力，促使學生學會從多角度思考解決問題，從而提高課堂教學的有效性。

2.實驗中將內層為鋁箔紙的牛奶盒的上部剪掉（注意剪平整），鎂燃燒時迅速罩住鎂燃燒后的產物，待牛奶盒外壁冷卻后，移至電子天平稱量，會發現質量逐漸增大，經過1至2分鐘，逐漸穩定下來，這個過程注意不要移動牛奶盒，因為里面仍有一些白煙沒有沉降下來，但這時測得質量已經明顯增大，已達到教學目的。在這個過程中可讓學生思考反應后質量為什么會逐漸增大，等數值增大到一定程度，可拿起牛奶盒，能觀察到有白煙逸出，進而理解鎂條燃燒產生的白煙沉降下來需要一定的時間，故稱量過程中產物的質量會逐漸增大。這樣，學生既理解了質量守恒定律，又學會了從不同的角度分析化學變化中的誤差情況。

3.用托盤天平進行質量的測定，需耗費大量的時間進行調平、稱量，在調節天平中時間太長也會分散學生的注意力，而本堂課的重點是讓學生從實驗中感受化學反應前后質量的變化問題，所以采用電子天平能讓學生更直觀地感受到質量的變化。

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

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

五、結語

經過改進后的探究鎂條燃燒前后的質量變化實驗，具有操作安全、材料易得、步驟緊湊、現象明顯、節約藥品以及綠色環保等優點，能讓學生更好地理解質量守恒定律，實現課堂教學的高效率。

【參考文獻】

化學課程教材研究開發中心.義務教育教科書化學九年級（上冊）[M].北京：人民教育出版社，2012：94.

化學課程教材研究開發中心.義務教育教科書教師教學用書化學九年級（上冊）[M].北京：人民教育出版社，2016：144.

馮桂好.質量守恒定律中鎂條燃燒實驗的教學設計[J].教育教學論壇，2013（40）：183-184.