镁条燃烧实验的教学设计研究

龙源期刊网镁条燃烧实验的教学设计研究作者：吴莹来源：《中学课程辅导·教师通讯》2013年第12期质量守恒定律是中学阶段一个十分重要的知识点，这一定律是自然界普遍存在的基本定律，在理论中和实践中都占据着重要的地位。质量守恒定律系列实验包括白磷在空气中燃烧、铁和硫酸铜溶液的反应以及镁在空气中燃烧，本节课老师带领大家来观察镁在空气中燃烧产生的化学现象，进一步验证和学习质量守恒定律，通过对实验现象进行观察，对实验结果进行分析和探究，达到镁条燃烧这一化学实验的目的，使大家充分理解能量守恒定律的含义。一、实验教学主要内容之前，在课堂上做镁条燃烧实验的主要内容为：将镁条、蒸发皿一起放在电子天平上称量，记录称量数值。点燃镁条，观察实验现象，生成了大量的白烟。镊子前端明显有白色固体。然后将镁条燃烧后的产物再放在电子天平上称量，记录实验数据，如下表，然后对实验前后的数据进行比较、分析。实验结果显示：镁条燃烧后，生成物的质量比反应前物质总质量减少。为什么会产生这样的实验结果，这样的结果合理吗？可信吗？下面我们来讨论一下。从实验现象中，我们看到镁燃烧有大量白烟生成，这种物质不是氧化镁，实验中出现的大量白烟其实就是新生成的氢氧化镁悬浮在气流中的结果。镁的熔点648.8℃，沸点l107℃，镁在氧气中的燃烧温度很高，所以，镁条燃烧过程中产生的大量白烟中还含有氢氧化镁成分。所以说，反应后的生成物要小于理论数值。由于镁条燃烧过程中，生成物的数值变化处在一个动态的过程中，我们设计下一组实验，对反应后生成物的质量由减少到增多的现象进行进一步的验证。在实验前，要了解反应前的反应物的总质量，镁条在空气中燃烧后质量会增加，因为反应物不仅要考虑镁条，还有空气中的氧气，因此反应前二者的质量总和与反应后各物质的质量总和就相等了。镁在空气中燃烧会发出耀眼的白光，产生大量的烟和很高的温度，放出大量的热，这些烟是镁条与空气中的物质反应产生的固体小颗粒，所以说有一部分物质便成烟扩散在空气中，这样再将反应后的物质放置在天平上称量，可以观察结果。实验概况描述：实验所用的器械主要为高精度的电子天平，精确度为0.001g，取用0.005g的镁。本实验用的主要器材为精度较高的电子天平，100mL的塑料瓶、玻璃片、铜片。镁条燃烧具体实验步骤：1.将镁条、玻璃片、铜片、塑料瓶放在电子天平上称，记录数据。然后在实验的每个阶段，对数据进行记录，数据信息如下表。龙源期刊网点燃镁条，罩上塑料瓶，产生大量白烟，然后将燃烧的镁条放在铜片上，罩上瓶子，瓶内白烟不断增多。将反应后的物质和玻璃片、铜片、塑料瓶和镊子，一起放在电子平上称量，记录质量。从实验数据中可以看出，实验开始的初级阶段，生成物质量减少。塑料瓶中的固体小颗粒是氧化镁和氯化镁。实验进行一段时间后，生成物质量增加，随着反应时间的增加，氧化镁和氢氧化镁固体颗粒就积在玻璃壁上，质量就不断增加，明显大于反应前质量。等到白烟消失，质量就不再发生变化。整个实验中的反应物质量是处在一个变化的过程中，电子天平将这一过程合理地记录下来。二、知识链接与拓展下面我们再来设计两个实验，来探讨一下金属镁在空气中燃烧的实验问题。将适量的金属镁在集气瓶中燃烧，来观察生成产物的颜色，对产物进行判断。实验现象：集气瓶中充满大量白烟，冷却后瓶壁及瓶底附有一层厚厚白色粉末状物质，未见淡黄色物质，瓶壁及瓶底有黑色物质。向集气瓶中加入稀盐酸，黑色物质很快溶解并有气体放出，一段时间后，白色物质和绝大多数黑色物质完全溶解，仔细观察溶液，有少量黑色絮状物悬浮于其中。推测：白色粉末状物质无疑是氧化镁，未见淡黄色物质的原因可能是氮化镁生成量少，被大量的白色粉末掩盖；黑色物质不只是炭，可能是镁受热形成蒸汽在瓶壁遇冷凝结的金属镁的细小颗粒；向集气瓶中加入足量稀盐酸后溶液中悬浮的少量黑色絮状物，应该是镁与空气中CO2发生置换反应生成的炭。镁在空气中燃烧未见淡黄色物质，是不是就代表没有生成氮化镁呢？我们用下面这个实验来加以证明：使金属镁在钟罩内燃烧，观察水面上升情况，来判断氮化镁。在玻璃片上放上足够量的镁条，在酒精灯是上点燃一段镁条，然后迅速插入玻璃片上的镁条中，立即罩上钟罩。观察到的实验现象为：钟罩内充满白烟，内壁附着白色物质；气球先胀大后缩小；冷却后钟罩内水面上升。重复多次实验，钟罩内水面上升超过1/5。其中最明显的是钟罩内水面上升约1/3处；破玻璃片上有大量白色物质，亦有黑色物质，拨开固体表面粉末，仍有未燃烧的镁，此时，可以看到黄色粉末；在粉末中滴入几滴水，有刺激性气味且能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体产生；在粉末中加入过量盐酸，有黑色的悬浮物。由上述实验现象，可以得出结论：生成产物中以氧化镁为主，也有少量的氮化镁和炭生成。其中，镁和氮气都还有剩余，但是反应并没有继续下去。那么为什么金属镁在氮气中可以燃烧，与钟罩内剩余的氮气就不能继续反应了呢？黄色粉末为什么出现在被白色粉末覆盖的金属镁表面呢？推测原因为以下几点：过量金属镁表面生成了氧化镁覆盖在镁表面，在一定程度上阻隔了反应的继续进行；氮气的性质没有氧气活泼，氧气基本消耗完后，反应速率肯定变龙源期刊网慢，且氮气与金属镁反应放出的热少，最终反应体系的温度降低导致反应停止；氮化镁对热不够稳定，开始时，反应的温度远高于800℃，不利于氮化镁的生成，后来温度降低，此时才有氮化镁生成，所以黄色粉末出现在过量的金属镁表面而被白色粉末覆盖。三、实验总结本节课通过以上几组实验，向同学们展示了镁条在空气中燃烧时产生的现象，通过对实验现象以及相关数据的观察、记录，我们得到镁条在空气中燃烧，生成产物中以氧化镁为主，也有少量的氮化镁和炭生成，金属镁不仅与空气中的氧气发生了反应，同时与空气中的氮气反应，产生白色固体。这些白色固体是氧化镁和氮化镁的混和物，遵循质量守恒定律。质量守恒定律是一则重要的定律，通过白磷在空气中燃烧、铁和硫酸铜溶液的反应以及镁在空气中燃烧这三组实验来验证这一定律，大家一定要牢固掌握，抓住关键知识点和考点，对实验进行全面了解和掌握，多做习题，对知识加以巩固。通过实验，对能量守恒定律的认识会更深刻，全面了解在事物与外界隔绝的条件下，无论内部发生什么变化，它的总质量一定是不会变的。质量守恒定律在理论中与实践中的应用都很普遍，也十分广泛。在化学学习中，要努力提高观察能力和对事物的分析能力。尤其是对于化学实验的总结与分析中，要有扎实的语言组织功底，才有利于培养清晰的化学实验思路，对实验内容、结果有更深入的把握，只有这样，才能以不变应万变，在解题时将知识和原理灵活地应用在其中。同时，要提高化学实验的实践操作能力和动手能力，积极参与到化学实验中，用实验这种方式更加直观、更加准确地去体会化学现象的神奇之处，理解化学知识的内涵，并将化学实验与实际生活相结合，把化学知识积极应用到实践中，充分发挥学习化学的意义与价值。（作者单位：江苏省丹阳市第八中学）