对“质量守恒定律改进实验”的商榷与优化

魏雅宁 李德前

摘要：对有关文献中两个质量守恒定律改进实验提出商榷，并依据科学性的原则进一步优化;研究表明，改进“红磷燃烧前后质量的测定”实验时不能将红磷更换为火柴头，因为火柴头上不含磷;改进“盐酸与碳酸钠反应前后质量的测定”实验时不能用气球封闭容器口，因为气球膨胀所受浮力对实验的影响较大。

关键词：质量守恒定律;改进实验;商榷;优化

文章编号：1008-0546（2020）09-0095-02

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

我们发现，2020年第1期《化学教与学》中张激、陈婷钰、曾婷等同志撰写的《探究质量守恒定律的实验改进与创新》一文（以下简称“张文”）涉及的几个改进方案，有的值得商榷。

一、“红磷燃烧前后质量的测定”实验

现行人教版九年级化学教科书中编排的“红磷燃烧前后质量的测定”实验，其装置（见图1）组装麻烦，操作也较为繁琐。

张文中给出的改进方案是“将红磷更换为火柴，装入封闭的试管里加热”，改进装置如图2所示。

由于该实验体系中存在多个化学反应，而我们实验中测定的是“反应前后的总质量”，显然据此无法推出其中的某个化学反应在反应前后的质量是否改变。

因此，一个质量守恒定律实验只能涉及一个独立的化学反应，同一反应体系内绝不能涉及两个或多个化学反应。

2.对改进方案的再优化

张文中的改进实验装置（见图2）还是很简约的，我们借用该装置、仍然使用红磷，即可达到原理不变、装置简化、操作方便的效果。

另外，还可以改用铁质瓶盖的玻璃包装瓶进行实验（见图3）。查阅有关的国家标准可知，食品包裝玻璃瓶的耐压值为-1atm～2atm，对其加热是不会发生爆裂的，这样实验体系内红磷燃烧前后的质量一定保持不变。

二、“盐酸与碳酸钠粉末反应前后质量的测定”实验

现行人教版初中化学教科书中编排的“盐酸与碳酸钠粉末反应前后质量的测定”实验是在烧杯中进行的（见图4），由于二氧化碳气体逸出实验体系，导致反应后的质量变小了。

在课堂教学中，教师都会引导学生对此敞口实验体系进行改进，以使反应前后的质量保持不变。张文中提供了三套有关的改进方案，其中的一套是“借助用气球封闭的锥形瓶，进行反应前后质量的测定实验”（装置见图5）。

1.改进实验存在的问题

我们利用图5所示的改进装置，分别使用托盘天平（精确度0.1g）、电子天平（精确度0.01g）测量反应后的质量，有关的实验数据见表1：

上述实验说明，随着气球的膨胀，空气对气球的浮力增大，导致天平失去平衡，反应后的称量值也明显减小。

因此，有气体放出的质量守恒定律实验不能用小气球封闭容器口。

2.对改进方案的再优化

我们利用密闭的碳酸饮料塑料瓶（其耐压值约为10kg/cm2～20kg/cm2）进行“盐酸与碳酸盐反应前后质量的测定”实验（倾斜瓶子即反应，正立瓶子反应停止，见图6），只要控制反应生成的二氧化碳体积不超过瓶子容积的4倍，碳酸饮料塑料瓶就不会爆裂。

总之，我们一线化学教师在进行实验创新时，必须确保改进方案的科学性，这是实验创新的红线、底线，绝不能对改进方案想当然，也不能对实验设计纸上谈兵。作为高级思维指导下的实践活动，实验改进必须理性构思、不断修正、反复试验，这样才能获得简约直观、安全环保、富有思维的实验创新方案。