多步反应验证质量守恒定律的实验创新设计.docx

PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 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 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)2+2H2O+2NO2↑ 3NO2+H2O=2HNO3+NO 2NO+O2=2NO2 HNO3+NaOH=NaNO3+H2O 7 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