“红磷燃烧前后质量的测定”实验改进及延伸

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  为了研究化学反应前后物质的质量关系,人民教育出版社2012年出版的义务教育教科书《化学》(九年级上册)第93页设计了“红磷燃烧前后质量的测定”实验。在尊重原实验设计的教学意图、保留原实验设计的教学功能的前提下,笔者对此实验进行了改进。
  一、教科书中实验的不足之处
  利用教科书上设计的实验装置(如图1所示)探究质量守恒定律时,虽然实验现象明显,但实验装置的组装比较麻烦,需要将小气球、玻璃管、单孔橡皮塞、锥形瓶、细沙等多种实验用品准确有序地连接起来,操作很不方便。尤其是用热的玻璃管末端点燃红磷时,既要准确接触红磷,又要让橡皮塞及时封闭锥形瓶瓶口,还要防止玻璃棒末端捣坏锥形瓶底部。
  图1
  二、对教科书中实验装置的改进
  在教学中,笔者采用实验创新中的“替换法”(通过更换不同性能的材料优化实验装置或实验方法,从而产生更好的实验效果[1]),并利用食品包装玻璃瓶对该实验装置进行了改进。
  1.改进后的实验装置
  改进后的实验装置如图2所示(托盘天平没有画出)。
  图2
  主要实验用品是带有铁质瓶盖的120 mL的“老干妈香辣酱”玻璃包装瓶。此类玻璃包装瓶国家标准对其耐压要求为-1至+2个标准大气压,抗热震性要求是耐急冷温差42 ℃[2]。因此实验中只要气体体积膨胀不超过瓶子容积的3倍,一般不会爆瓶。笔者使用这种玻璃包装瓶已做此实验近20次,至今完好无损。
  2.改进后的实验操作
  (1)取一个120 mL的“老干妈香辣酱”玻璃包装瓶(净含量是200 g)洗干净,晾干,备用。
  (2)旋下铁质瓶盖,倒立在桌面上,并在瓶盖中间放置黄豆粒大小的红磷(或白磷),然后将倒立的玻璃瓶旋紧在瓶盖上。
  (3)将此玻璃瓶倒立在托盘天平的左盘上,并用砝码平衡,记下第一次的称量值。
  (4)从托盘天平上取下倒立的玻璃瓶,用手拿着(玻璃瓶仍要倒立),让酒精灯外焰对着红磷(或白磷)加热。由于铁的导热性能好,因此稍微加热磷就能燃烧起来,同时伴随浓厚的白烟。
  (5)等到玻璃瓶冷却后,再将其倒立在托盘天平的左盘上进行第二次称量,发现称量值没有改变,从而说明“反应前后各物质的质量总和保持不变”。
  (6)若课堂教学时间允许,接下来还能利用此装置延伸出“测量空气中氧气体积分数”的实验,操作步骤是:将玻璃瓶倒立在水中,再旋开铁质瓶盖,发现有水进入玻璃瓶内,并且玻璃瓶内水的体积约是玻璃瓶容积的1/5(如图3所示)。
  图3
  三、实验的注意事项
  在本实验中,磷的燃烧反应会加速铁质瓶盖的腐蚀和破损,因此为了确保安全和实验成功,铁质瓶盖在经历10次左右的实验后,就要及时更换。
  四、改进实验的优点
  (1)实验装置简单,实验设计巧妙,实验操作简便,提高了课堂教学效率。
  (2)一个实验装置能进行两个化学实验,提高了实验教学的有效性。
  (3)利用生活中的废旧物品进行化学实验,有利于学生开展课外探究活动,从而培养学生的创新精神和实践能力。
  参考文献
  [1] 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法进[J].化学教学,2013(3):65-68.
  [2] 全国日用玻璃搪瓷标准化中心.GB 4547-2007-T 玻璃容器抗热震性和热震耐久性试验方法[S].北京:中国标准出版社,2008.
  注:本文系全国教育科学“十二五”规划教育部重点课题“运用现代教育技术装备促进基础教育实践教学模式的改革与创新研究”子课题“享受化学实验,激发创新思维”(编号:DCA110195-10104)和江苏省中小学教学研究第十期重点课题“研制教具创新机制,全面落实初中化学实验”(编号:2013JK10-Z016)成果。
  (刘厚安,本科,中教一级,江苏省徐州市大庙中学,221121。李德前,本科,中学特级,江苏省徐州市西苑中学,221006)
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