质量守恒定律中镁条燃烧的教学实验改进

高莉

【摘要】通过测定敞开体系中化学反应前后的质量变化情况，学生能够透过不同情况下测量结果的表象，更为深入地认识化学反应前后质量关系的本质。教材中涉及的镁条燃烧实验，实验结果往往偏小。对此实验进行改进，用牛奶盒罩住白烟，经过反复实验始终测得质量增大，教学效果非常明显。

【关键词】质量守恒定律;镁条燃烧;实验改进

人教版九年级化学上册第五单元“课题1 质量守恒定律”第92页实验5-2，在石棉网上方将镁条点燃，观察现象，然后将镁条燃烧后的产物与石棉网一起放在托盘天平上称量，比较反应前后的质量[1]。教材设计该实验的目的是通过镁燃烧后质量增大来引导学生正确理解质量守恒定律，但按照教材上的实验步骤进行操作，实验效果不是很理想。由此，本文主要探讨质量守恒定律中镁条燃烧的教学实验改进。

一、教材原实验分析

参考《义务教育教科书教师教学用书·化学·九年级上册》，托盘天平的灵敏度较低，在实验时应注意使镁条有足够的长度，以保证天平的测量结果有明显变化。有条件的学校可使用分析天平或电子天平进行称量[2]。我们选择精确度为0.01g的电子天平，按人教版教材中“课题1 质量守恒定律”的实验步骤，不做其他改进来做此实验。

改进前实验相关数据如表1。实验前总质量包括的物品有镁条、石棉网、镊子、硬质垫板;实验后总质量包括的物品有镁条燃烧后的产物、石棉网、镊子、硬质垫板。

从实验结果来看，镁条用量较少时，反应后的固体总质量减小。使用镁条质量增大到0.18g时，反应后固体的总质量没有明显变化;镁条质量增大到0.25g时，反应后总质量增加了0.01g;当镁条质量增大到0.33g时，反应后总质量没有发现明显变化，实验效果不理想。之所以出现这样的结果，经分析主要是镁在燃烧过程中生成了大量的白烟逸散到空气中，而这白烟的主要成分是镁燃烧的产物氧化镁，逸散的氧化镁不能收集起来进行称量，因而反应后剩余物质的总质量减轻。

二、实验改进思路

要解决教材中镁条燃烧实验结果偏小的問题，需要利用器皿将白烟罩住，尽量形成一个相对密封的环境，保证镁燃烧生成的产物不会逸散到空气中，而实验室中没有专用的仪器来完成这个实验。在寻找实验材料的过程中我们首先用到了矿泉水瓶[3]，将一个500mL矿泉水瓶拦腰剪开，留下下半部分，在实验中点燃镁条后将其迅速罩在白烟上方，发现矿泉水瓶能罩住一部分白烟，但因为镁条燃烧放出大量的热使矿泉水瓶迅速融化变形，还是有相当一部分产物逸散到空气中去了，实验最终称得的质量依然减轻，实验效果不理想。

寻找一种能耐高温且相对安全的器皿罩在镁燃烧后的白烟上方是解决问题的关键。实验室中的很多玻璃仪器虽然能够罩在火焰上方，但持续的高温可能会使玻璃仪器炸裂，存在一定的安全隐患;而能耐高温的陶瓷器皿如蒸发皿、坩埚又太小。最后我们找到了一种生活中常见的物品——瓶装牛奶盒。瓶装牛奶盒外层是纸板，内层是能耐高温的铝箔纸，不易燃烧，即使是高温条件下发生少许膨胀也不会炸裂，安全系数较高。基于这样的想法，我们利用裁剪好的牛奶盒来完成实验，并采用精确度为0.01g的电子天平进行反应前后质量的测定。

三、实验改进过程

（一）实验用品

镁条、砂纸、镊子、石棉网、硬质垫板、裁剪好的牛奶盒、精确度为0.01g的电子天平、酒精灯、火柴。

（二）实验步骤

1.称取经砂纸打磨过的镁条的质量并记录;

2.称取镁条、牛奶盒、镊子、石棉网和硬质垫板的总质量并记录;

3.点燃酒精灯，将镁条在酒精灯上点燃;

4.镁条燃烧，迅速将牛奶盒罩在白烟上方;

5.同时将点燃的镁条和牛奶盒一起转移到石棉网上，将牛奶盒压紧，防止白烟逸出;

6.待镁条燃烧完全、牛奶盒外壁冷却后，小心地将硬质垫板、石棉网、牛奶盒和镊子一起移至电子天平进行称量;

7.将所有物品移至电子天平后，要注意稍等片刻，待电子天平示数稳定后再进行读数。

（三）改进后实验相关数据（表2）

实验前总质量包括的物品有镁条、牛奶盒、镊子、石棉网、硬质垫板;实验后总质量包括的物品有镁条燃烧后的产物、牛奶盒、镊子、石棉网、硬质垫板。

（四）实验过程说明

1.前三次实验镁条称取0.05g左右，从点燃镁条到质量比较稳定，用时约4分钟;最后两次实验镁条称量0.02g，从点燃到质量比较稳定，用时约2.5分钟;

2.实验过程中点燃镁条后迅速用牛奶盒罩住白烟，仍会有少许白烟逸出，从多次实验结果来看，并不影响最终总质量增大的事实;

3.因实验过程中需将牛奶盒稍用力压住，以防生成的白烟逸出，而石棉网的硬度不够，故在石棉网的下方垫上一块硬质垫板，方便转移;

4.实验过程中，为方便学生更清楚地观察质量变化的情况，有条件的学校可结合“希沃授课助手中的移动展台”，将整个过程同步直播到教室的电脑上。

四、实验改进后的教学效果分析

1.在实验过程中加入对比实验，对比实验中白烟直接逸散到空气中和罩住白烟后的质量变化很明显，能够激发学生的创造思维能力，促使学生学会从多角度思考解决问题，从而提高课堂教学的有效性。

2.实验中将内层为铝箔纸的牛奶盒的上部剪掉（注意剪平整），镁燃烧时迅速罩住镁燃烧后的产物，待牛奶盒外壁冷却后，移至电子天平称量，会发现质量逐渐增大，经过1至2分钟，逐渐稳定下来，这个过程注意不要移动牛奶盒，因为里面仍有一些白烟没有沉降下来，但这时测得质量已经明显增大，已达到教学目的。在这个过程中可让学生思考反应后质量为什么会逐渐增大，等数值增大到一定程度，可拿起牛奶盒，能观察到有白烟逸出，进而理解镁条燃烧产生的白烟沉降下来需要一定的时间，故称量过程中产物的质量会逐渐增大。这样，学生既理解了质量守恒定律，又学会了从不同的角度分析化学变化中的误差情况。

3.用托盘天平进行质量的测定，需耗费大量的时间进行调平、称量，在调节天平中时间太长也会分散学生的注意力，而本堂课的重点是让学生从实验中感受化学反应前后质量的变化问题，所以采用电子天平能让学生更直观地感受到质量的变化。

4.托盘天平的精确度是0.1g，反应前后要观察到明显的质量变化，理论上需用到0.2g左右的镁条，采用电子天平可将镁条质量缩小到原来的十分之一，现象仍然十分明显，改进后可节约大量药品，且大大缩短镁条燃烧、牛奶盒冷却及质量稳定所需的时间，使课堂更为紧凑。

5.镁条燃烧后的部分产物直接逸散到空气中，会对空气造成一定的污染，不利于环境的保护。将白烟收集起来既减小了实验误差，也不会造成空气污染。

五、结语

经过改进后的探究镁条燃烧前后的质量变化实验，具有操作安全、材料易得、步骤紧凑、现象明显、节约药品以及绿色环保等优点，能让学生更好地理解质量守恒定律，实现课堂教学的高效率。

【参考文献】

化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书化学九年级（上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：94.

化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书教师教学用书化学九年级（上册）[M].北京：人民教育出版社，2016：144.

冯桂好.质量守恒定律中镁条燃烧实验的教学设计[J].教育教学论坛，2013（40）：183-184.