质量守恒定律探究实验再改进

GXF360 2019-12-02

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质量守恒定律是初中化学的一个重要规律，其应用贯穿于整个中学化学。在此之前，学生习得了分子、原子、元素符号和化学式等知识，初步形成一定微观想象能力。质量守恒定律引领学生对化学反应从定性认知深化到定量探究，为后续书写化学方程式及计算等做铺垫，在知识结构上起到承上启下的桥梁作用。

探究实验对学生理解质量守恒定律至关重要。在探究有气体生成的化学反应是否遵守质量守恒定律的实验设计上，当前在国内已产生广泛影响的主要有四类（见图1）：第一类，人教版（2012年）教材所设计的一个敞开体系，稀盐酸与碳酸钠反应前后质量的测定［1］；第二类，科教版（2012年）设计的密闭体系，稀盐酸与石灰石反应前后质量的测定［2］；第三类，沪教版（2012）在第二类方案基础上改进的密闭体系［3］；第四类，教师改进实验，如利用矿泉水瓶创设更牢靠的密闭体系，稀盐酸与石灰石（或碳酸钠）反应前后质量的测定［4］。

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第一类设计与学生刚刚建立的守恒概念产生较大冲突，单一的“敞开体系”设计不利于学生理解气体逸出前存在的“质量守恒”。第二类设计因气球膨胀导致浮力增大，对称量结果影响较大。第三种设计，气密性差，生成气体的气压大易冲开瓶塞［4］。第四种设计，从“密闭体系”到“敞开体系”，由于生成的气体质量略少，气体逸出后产生的质量差较小，数据不显著。综上，为了更好解决装置气密性等问题，利用一个生活中常见的水杯作为反应装置，对实验进行改进。

图1 四类探究质量守恒定律的实验设计

一、实验仪器和药品

500mL塑料水杯1个（带过滤网），1：3稀盐酸，石灰石，电子天平（精度0.1g和0.01g的各一台）等。

二、实验原理与实验装置

反应物是稀盐酸和石灰石，实验原理是“碳酸钙（CaCO3）＋盐酸（HCl）→氯化钙（CaCl2）＋水（H2O）＋二氧化碳（CO2）”。实验装置如图2所示，使用电子天平替代托盘天平，操作简便，精确度高［5，6］，过滤网盛放块状石灰石，水杯盛放稀盐酸。拧紧杯盖，形成“密闭体系”，打开瓶盖，形成“敞开体系”。

与正常对照组比较，模型组小鼠血清中TNF-α、IL-6、IFN-γ水平均显著升高，差异均有统计学意义（P＜0.05）。与模型组比较，阳性对照组和环孢素高剂量组的上述指标水平均显著降低，差异均有统计学意义（P＜0.05），表明环孢素能显著抑制SLE模型小鼠炎症因子的释放。各组小鼠血清炎症因子水平检测结果见表3。

图2 实验改进装置

三、操作要点

（1）在过滤网上放入若干（8至10颗）粒石灰石，水杯中倒入一定量（60-80 mL）的1：3盐酸。将过滤网放进水杯，拧紧杯盖，把整个装置正放到电子天平上，称量，把反应前的质量记录为m1（见图3）。

（2）倒立装置，石灰石与稀盐酸接触，可以观察到有大量气泡冒出。让反应进行20至30秒，然后正立装置，石灰石与稀盐酸分开，反应停止，称量，记录反应后的质量m2。

（3）慢慢拧开杯盖，防止气流带走水蒸气等。听见强烈的气流声响，二氧化碳逸出，杯盖斜扣在杯子上。称量，记录反应后敞开体系的质量m3。

同时，我国大部分报纸仍然采取的是“免费午餐”的模式。而面对付费时代的到来，部分报纸应该思考如何向付费模式转变。当下，一些数字报纸的付费模式设计仍然比较粗糙，依然是将传统纸质报纸的订阅模式复制到数字报纸上。因此，报业机构应该针对自身报纸内容特点，对付费模式进行精细化设计，可以借鉴国外成功的“付费墙”模式，并结合实际，探索符合自身的付费模式。

图3 实验操作要点示意图

（4）实验数据记录如表1，从数据可见，在密闭体系下，m1＝m2，化学反应前后质量总和是相等的。除去仪器、未参加反应的石灰石和稀盐酸的质量，可推出参加反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。敞开体系下，m1＞m3，化学反应前质量总和大于反应后，结合实验现象可知，是由于气体外逸所致。

将浸出后的高铅浸出渣的主要元素进行定量分析和扫描电镜表征，结果显示，氯化浸金试验可以极大地提高金的回收，而银、铅的品位基本保持不变，说明浸出过程中银不损失。扫描电镜表征发现，浸出渣中没有金的物相发现，化合物主要以PbSO4、AgCl、Ag2SO4、Pb(Ba)Sb2O7等形式存在，结果表明原料中金被完全浸出到溶液中，铅、银保持不变，这与氯化浸出试验结果相符合。浸出前后主要元素的定量分析结果见表2所示，扫描电镜表征见图11所示。