验证质量守恒定律的创新装置探究

摘要：沪教版第四章第2节《化学反应中的质量关系》验证质量守恒定律的实验装置，教材中出现有气体生成的实验却在密闭容器中进行的实验装置。本文主要介绍一组改进后的装置，使其更能符合压强增大的反应装置，更易于在密闭容器中控制反应的发生，更有利于缓解压强，数据更准确误差更小，实验结果更接近质量守恒定律。

关键词：质量守恒定律；装置改进

中图分类号：G633.8文献标识码：B文章编号：1672-1578（2016）11-0264-02

1. 引言

碳酸钙与稀盐酸反应是初三化学二氧化碳的实验室制法的反应原理，学生很熟悉，教材中用它（图4-12）来验证有气体生成的化学反应遵循质量守恒定律，二氧化碳气体的产生使瓶内压强变大，大量气体可以使橡胶塞弹出，实验存在危险性，控制盐酸的浓度和用量可以控制生成气体的量，针筒的活塞可以缓解体系的部分压强。

人教版中使用白磷燃烧实验验证质量守恒定律，白磷有剧毒，为何还编入教材，不是为了看实验现象，而是因为白磷着火点低，易于在密闭容器中控制反应的发生。居于这点，我设计了一组改进实验装置。

图1教材截图

2.实验目的

以碳酸钠溶液和盐酸反应为例，探究反应物质量总和与生成物质量总和是否相等，因为有气体生成，不能让气体逸出到空气中，质量守恒的关键在于实验过程中保持装置的气密性，实验的难度设置也在这点上。设想在同一密闭容器中，实验前反应物要分开称量，实验中要让反应物接触，实验趋于完全再称量，这样设计实验装置成了重要思考点和创新点。

3.实验装置

4.实验原理

2HCl+Na2 CO3 == 2NaCl +CO2+H2O

5.实验步骤及现象

5.1检查装置气密性。将装置如图五所示装好，用手捂住锥形瓶，气球挺起了，说明气密性好。

5.2碳酸钠溶液和稀盐酸反应。碳酸钠溶液和稀盐酸反应，将0.1克碳酸钠固体装入锥形瓶底部，用封口机将塑料袋裁成仿小试管的形状，用水检查下袋子是否漏水后，水倒掉，往塑料袋中滴入5 ml1.5 mol.l-1稀盐酸，塑料袋上端入口处剪短，小心将袋子放入锥形瓶中，盖上塞子，用量程为200克的托盘天平称量反应物与装置的总质量，记录读数，摇动锥形瓶，使质软的塑料袋倒下，液体自然流出，反应物接触，按住橡皮塞，观察气球胀大，等反应趋于稳定，再次将整个装置放到托盘天平上称量，记录读数，对比两次读数，计算误差范围，验证质量守恒定律。

6.实验注意事项

（1）装置气密性要好。确保气体不泄漏，装置接口越少越好，用凡士林和水封，还用上了水电用的生料带。

（2）需预先根据化学方程式计算反应物的用量和气体的体积，选择合适大小的气球。

7.实验结论

本着节约药品，防止过量剩余试剂污染环境，同时使气球的大小在控制范围内，实验过程中药品的用量大多取较少的量，如：碳酸钠固体取0.1克，物质的量为0.00094摩尔，1.5 mol.l-1盐酸至少用1.26ml，实验中取5 ml，理论上生成二氧化碳气体21.06ml；碳酸钠取0.2克或0.3克，其他数据为上述数据的两到三倍。在实验的效果上：实验一、五、六反应物质量总和与生成物质量总和相等。

8.实验创新点

装置一、五、六好操作易成功，是本节的创新点，装置六主要突出它一次性使用方便的特点，可以减轻分组实验药品仪器的准备量。把药品装在塑料袋中，密封于一次性豆浆杯中，固体分散于锥形瓶底，可增大接触面积，液体有流动性先装在密封袋内，实验过程中用针扎破，液体就流出来，反应就开始，突破密封体系中控制反应发生的难点；装置五的特点是用自制塑料袋代替小试管，一端开口，使用塑料袋封口机可以随意裁切塑料袋的形状，瓶子入口小，所以裁成长条形的，入瓶前再裁短，方便摇动锥形瓶使固液接触。装置一的简易连通式对不产生气体的实验很好用，提高一支试管，液体就流向另一支试管，反应就发生了。装置七中U形管内小试管中的液体不易流出，有待改进；装置二往Y形管一端加液体过程中，随着瓶内气压增大，少量液体向上沿Y形管另一出口流出，改进后引入装置三，恒压设置缓解瓶内气压大导致液体不易滴下的困难；装置四设计为差量法求方程式中各物质的质量，所以对气体进行干燥。

9.实验反思

学生进行装置一、五、六分组实验，其它装置供学有余力的同学实验或者激发学生思考装置的特点，让学生在实验中思考教师的设计意图，从而领悟验证质量守恒定律实验的核心思维和科学素养，体验科学家的艰辛实验历程。

实验中的其它思考，使用电子天平目的是为了称量400克以内物质的质量，电子天平盘面大，可以放置更多的物体，通过装置四实验，可以称量气球中二氧化碳气体的质量，设置一道差量法计算碳酸钠的质量的试题，从实验探究质量守恒，自然过渡到质量守恒定律的应用；在设置过程中，使用小锥形瓶目的是瓶内空气较少，气球中空气的含量就少，可减少误差。

参考文献：

[1]将气球用于验证质量守恒定律实验的问题探讨 王秀梅，李德前，中国现代教育装备，2013，第8期

[2]课堂探究质量守恒定律的实验创新设计与应用 潘国荣，蒲翠满，中国现代教育装备，2013，第24期，40-41