多步反应验证质量守恒定律的实验创新设计

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1、多步反应验证质量守恒定律实验创新设计潘国荣刘芬雷山县第三中学雷山县民族中学贵州省雷山县557199摘要质量守恒定律是初中化学一个重要的定律，义务教育教科书化学里没有复杂的多步反验证质量守恒定律的实验。应利用5mL注射器、铁丝、胶头滴管、橡皮塞、锥形瓶等可以组装一个装置，使用紫色石蕊试液、氢氧化钠溶液、浓硝酸、铜等作反应物，让反应分步连续进行，使学生看到即使在多步复杂的化学反应中，物质的质量总和仍然相等，从而进一步理解质量守恒定律。关键词多步反应；验证；质量守恒定律；实验装置；创新设计1实验设计的背景质量守恒定律是初中化学一个

2、重要的定律，在有关质量守恒定律的实验中，现行义务教育教科书化学里设计的实验都比较简单[1]-[6]，一步反应完成，质量守恒了。如果是在一个复杂的多步反应即链锁反应中，质量能不能守恒？教科书没有相应的实验设计。只要在多步（链锁）反应中质量仍然相等，学生就会自然理解了，在化学反应当中，无论是简单的反应或者多么复杂的反应，都会遵守质量守恒定律。虽然我们曾经设计有验证质量守恒定律的多步反应实验[7],但是，由于反应不是在常温下进行的，操作不容易控制，不适宜学生探究操作。2设计的基本思路在一个简单的装置里，让多个化学反应逐步进行，反应

3、完全后，检验质量是否变化。操作要简单，反应要快一些，条件最好是常温下能够进行，反应的现象要明显。3实验研究的过程化学反应通常要产生沉淀、气体、颜色改变、发光发热等现象，这些现象反过来也能够让我们更好地判断是否发生了化学反应。我们知道，活泼金属与酸在常温下能够进行反应生成氢气，但是，氢气难得在常温下与其它物质反应。碳酸盐可以与稀盐酸在常温下反应产生二氧化碳气体，二氧化碳能够在常温下与水反应、与碱反应等。但是二氧化碳是无色的，对比性不强，现象不是很明显，效果并不理想。如果能够让反应在常温下生成一种有色气体，这种有色气体在常温下又

4、能够与其它物质反应就好了。化学反应产生的有色气体主要是红棕色的二氧化氮和黄4绿色的氯气。铜与浓硝酸在常温下反应就得到二氧化氮了，比较方便。二氧化氮又能够与水和碱在常温下反应，链锁反应解决了。通过多次实验探索，选取5mL塑料注射筒作铜与浓硝酸反应容器比较方便，再把这个反应容器放到锥形瓶里密封就可以了。4装置制作把一根粗铁丝的一端锤打扁平，做成一个小弯钩，取5mL塑料注射器把它从3mL处截断，把注射端的注射孔在酒精灯火焰上烧熔封住成塑料筒，把铁丝钩烧热，让塑料筒熔附在铁丝钩上，再烧熔一些塑料封住塑料筒上的铁丝钩，使塑料筒在铁丝钩

5、上固定好。取打了孔的橡胶塞插入胶头滴管与带塑料筒的铁丝钩，铁丝钩上部弯曲成一个直角钩，便于转动塑料筒位置方向。将上述橡胶塞插入锥形瓶口，即组成了反应的装置。5装置的使用方法与现象在锥形瓶里放入大约10mL蒸镏水，滴入几滴紫色石蕊试液，再滴加几滴氢氧化钠溶液调成蓝色。用橡胶塞上的胶头滴管吸入浓硝酸，在塑料筒里放入几小片铜，转动铁丝钩，使胶头滴管对准塑料筒上方后，用上述橡胶塞塞紧装有氢氧化钠与石蕊溶液的锥形瓶，即得到反应前的装置，如图1。把图1的装置放在天平上称量，记录数据。把图1的锥形瓶从天平上取下后，分几次挤压胶头滴管，让浓

6、硝酸与铜片反应。图1反应前的效果图2反应中的效果图3反应后的效果可以看到，锥形瓶内有红棕色气体产生，塑料筒里有蓝色溶液，如图2。红色变淡后再挤压胶头，让浓硝酸流下来再与铜反应，最后红棕色气体全部消失，蓝色石蕊溶液变成了红色，如图3。把锥形瓶重新放回天平上称量，天平平衡。说明反应前后质量不变。6实验应用的科学原理和方法4碱能够使紫色石蕊试液变蓝色，酸能够使紫色石蕊试液变红色。铜跟浓硝酸反应产生红棕色的二氧化氮气体，二氧化氮跟水反应生成硝酸。硝酸跟氢氧化钠发生中和反应等，主要的化学反应如下：Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)

7、2+2H2O+2NO2↑3NO2+H2O=2HNO3+NO2NO+O2=2NO2HNO3+NaOH=NaNO3+H2O7实验设计的创新点使用常见的几种物质在一个简易的装置里，让多个化学反应在常温下连续发生，以检验质量守恒定律能否适用于多步链锁反应。反应产生的现象非常明显，很容易观察到。让学生观察到了多步复杂的化学反应发生后，质量仍然是相等的，从而对质量守恒定律有了进一步的理解。8实验设计的优点使用本实验设计的优点是非常明显的：（1）制作装置所使用的物品易得，制作过程简单，一次制成可以作为固定仪器长期使用。（2）反应在常温下进

8、行，反应速率快，能够用于课堂演示。（3）实验操作方法简单，现象明显，有利于学生观察；结果准确，有助于学生理解化学定律。（4）装置的使用安全、环保，可以用于学生的实践探究活动。参考文献[1]王晶，郑长龙主编.义务教育教科书·化学·九年级·上册[M].北京：人民教育出版社，2012,92—95