《质量守恒定律》中演示实验的探索与改进 论文

《质量守恒定律》中演示实验的探索与改进摘要：在人教版九年级化学第五单元课题1《质量守恒定律》的课本内容中涉及有四个演示实验。教学过程中，师生们发现除“铁钉与硫酸铜溶液反应”的实验外，其余三个实验存在着由于操作不当而造成的成功率低、结果不准确等一些有待改进的问题。面对教学中发现的问题，笔者带领学生共同探索，反复实验，最终对课本实验加以一定的合理化改进。关键词：质量守恒定律演示实验，共同探索，实验改进2020年底，笔者有幸参加了淮南市初中化学优质课大赛并最终入围省赛，在准备比赛和磨课的过程中，我和学生们发现第五单元课题1《质量守恒定律》教学内容中的“红磷燃烧实验”、“盐酸与碳酸钠粉末反应实验”、“镁条燃烧反应实验”三个实验存在着由于操作不当而造成的成功率低、结果不准确等有待改进的问题。面对问题，我们并没有选择回避和忽视，而是共同探索，勇于创新，反复实验，最终对课本实验加以一定的合理化改进。具体探索过程及改进如下：一、红磷燃烧实验1.探索过程课本上该实验采用的是带有气球的玻璃管配合锥形瓶使用如图1。图1为了保证实验的气密性，需要事先加热玻璃管，再迅速伸入锥形瓶中，在密封的状态下用红热的玻璃管点燃红磷。但在实际教学中，我们发现该实验方法成功率不高且不易操作。常见问题总结如下：(.玻璃管加热时间不易掌握，时间太短：温度不够，无法点燃红磷；时间太长：温度过高又会影响玻璃管使用寿命，在反复使用后经常会出现玻璃管加热部分裂开的情况。.红磷燃烧时，产生的火星会顺着玻璃管上升，可能会进入气球，实验中时常会出现气球被烧破的情况，从而影响实验的气密性。2.实验改进基于上述问题，我和学生们一起讨论思考，进行了反复、多次的实验：我们曾将加热方式改为电热炉加热，但是发现实验时间太久，且红磷很难被点燃。接着我们又把玻璃管一端弯曲，利用加热后的弯曲部分来点燃红磷，虽然解决了火星进入玻璃管的问题，但在实验过程中发现弯曲处在反复加热后也容易出现断裂的情况。最终，我们研究发现用激光笔点燃红磷的方法较好如图2，优点如下：时间短，直接照射红磷，只需5~6秒即可点燃；实验结果准确且成功率高，实验在完全密封的情况下进行且一次未点燃，可以反复多次实验；安全环保，实验过程中白烟不会逸出，且我们将长玻璃管改为短管，红磷燃烧时的火星不会进入气球。但是，为了保证实验中能够成功点燃红磷，我们使用的是大功率激光笔，所以在使用时我们也要注意一些安全问题：使用时要佩戴专门的护目镜，不可用激光笔照射眼睛及身体其他部位，该实验应由教师操作，学生需要在老师的指导下才可进行实验。图2二、盐酸与碳酸钠粉末反应实验1.探索过程课本上的演示实验是将碳酸钠粉末与稀盐酸溶液在敞口容器中进行反应如图3，称量后发现反应后总质量减少，经过分析讨论后得出是由于产生的二氧化碳气体逸出导致。由此思考得出：实验应该在密封装置中进行，才可得出准确结果。但课本上并未给具体的改进方案。2.实验改进为了获得准确的结果，我与学生们经过分析讨论，分别探索了以下方法进行改进实验。方法一：将药品放在用橡胶塞密封的锥形瓶中实验如图4，但在实验过程中发现由于反应中产生了大量二氧化碳气体，使得瓶内气压较大，橡胶塞很容易冲出，最终导致实验失败。方法二：接着我们又将装置改进为用气球密封如图5。但是实验中又发现，产生的气体使气球变鼓，在实际称量时总质量略有减小。经过分析得出是气球变大后产生的浮力导致结果不准确。2图5方法三：在上述实验的基础上，我和同学们经过讨论后一致认为如果想实验成功，我们需要找到一种能够密封气体，且能承受一定气压，同时还不能发生太大形变的装置。同学们想到了盛汽水的软塑料瓶，于是就设计了如图6装置：将碳酸钠粉末事先加入塑料瓶中，再将稀盐酸溶液加入小试管中后密封。在第一次称量后，将塑料瓶倒转，让药品接触反应，待反应结束后再称量，结果发现总质量不变，遵守质量守恒定律。经过反复实验发现：该方法实验结果准确，操作简单且现象明显。三、镁条燃烧实验1.探索过程课本上镁条燃烧的演示实验是在敞口环境下做的如图7，所以反应前只称量了镁条以及石棉网的质量，实验后称量的是生成的部分白色固体及石棉网的质量。2图7根据反应原理：学生讨论分析得出反应前参加反应的镁条和氧气的质量总和等于反应后生成的氧化镁固体的质量，所以在敞口实验时，镁条质量应小于生成的氧化镁质量，反应后总质量增加。但在实际实验过程中，学生们发现实验结果并不唯一，有时反应后质量增加，有时减小，也可能不变。经过大家的观察和思考，发现原来是反应中还有白烟出现，飘散的白烟会导致质量减少，于是就有了三种可能情况：2.实验改进由此学生们得出该实验如果想得到准确结论，也必须在密封条件下实验。同样，课本上也未给出具体的改进方案。经过研究和实验，我们发现传统实验器具很难完成该实验：由于镁条的着火点较高，用烧红的玻璃管或激光笔都不能将其点燃。于是我带领学生们探索采用新的方法在密封条件下来点燃镁条。经过不同实验方案和材料的反复尝试后。最终，在物理老师的帮助下，我们发明了一套密封容器中的加热、点燃装置如图8，该装置是在装有气球的密封装置内加入电阻丝，同时再将镁条换成更易点燃的镁粉，利用电阻丝发热原理点燃镁，并在点燃前后分别称量装置总质量，经过反复多次实验都得出了准确的结果。2图83.“镁粉燃烧实验”改进装置的制作方法及应用下面具体介绍一下该创新装置的制作方法和工作原理，本装置主要由：9V学生直流电源、电源连接线、导线、电阻丝等部件组成如图9。图9（1）制作方法首先，需要9V学生用直流电源1个，电源连接线1对，铜导线2根，电阻丝1根。事先将电阻丝与铜导线焊接在一起；接着，利用电源连接线将接有电阻丝的导线与学生电源相连，打开电源即可使用，如图10所示。图102（2）本装置特点及用途特点：本教具利用电阻丝、导线、学生电源等几种学校现有的常见材料制作而成，具有：制作简单、成功率高、操作简便、应用范围广、可以反复利用等特点。用途：该装置可广泛的应用于各种需要加热、点燃的中学化学实验中，在配合橡((皮塞、烧瓶等仪器后该装置可以在密封状态下完成像：测定空气中氧气含量、质量守恒定律的验证等多种不同的中学化学定量实验，同时借助数字仪器还可以测定出实验过程中氧气、二氧化碳、气压等数据的变化。实际应用演示（图11~图15）：图11接通电源后，电阻丝会烧制红热。利用红热电阻丝可以加热或点燃药品。图12利用该装置可以点燃镁粉等燃点较高的物质。2图13在配合锥形瓶、单孔塞后完成在密封状态下点燃镁粉的质量守恒定律验证实验：反复实验多次后，反应前后总质量始终守恒。图14在配合数字传感器后还可以测定实验过程中氧气、二氧化碳、气压等数据的变化。2图15该装置在数字化实验中的应用：镁粉在密封容器中点燃后，氧气含量、压强等数据的变化的测定。化学是一门以实验为基础的学科，所以在平时的教学中教师不能只注重理论知识的传授同时也要加强实验操作的教学。课本上的演示实验和拓展实验应融入到平时的教学中教授，课本上的学生实验也应定期的组织学生到实验室完成。通过师生实际的动手实验可能会发现课本中的一些实验还有可以改进的地方。遇到这种情况，我们应该大胆探索、勇于尝试、敢于创新，而不是墨守成规。虽然不是每次实验都会成功，但这个思考和改进的过程会加深对课本内容的理解也会进一步激发学生的学习兴趣和探索欲。让我们始终铭记一句话：“实验是检验一切真理的唯一标准”！参