“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验改进

“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验改进

上海教育出版社2009年版《义务教育课程标准实验教科书：化学》（九年级上册）第96页有关“碳酸钙与盐酸反应前后质量的测定”实验，存在几处不足。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等前提下，笔者利用一次性注射器对原实验进行了成功改进。

1 原实验的不妥之处

（1）实验过程中易发生冲塞现象。由于碳酸钙与盐酸反应的速度较快，短时间内放出了较多的二氧化碳，这样石灰水就很难将二氧化碳及时吸收（笔者发现，即使将石灰水换成NaOH溶液也容易发生冲塞现象）；况且石灰水的浓度太小（常温时约为0.16%），吸收的二氧化碳也很少。所以，即使取用了较少的稀盐酸和较多的石灰水，实验时冲塞现象仍然常常发生。

（2）在实验装置内增加“石灰水与二氧化碳的反应”不符合化学原理。对于这一点，笔者与化学教育界的很多朋友和同事进行了广泛的探讨，大家一致认为：在研究质量守恒定律时，“一个实验只能选用一个化学反应作为研究对象”；这一点，在现行鲁教版九年级化学教科书中有明确的陈述［1］。原实验设计者的意图可能是利用石灰水能与二氧化碳反应的性质，去检验并吸收二氧化碳，但这样设计就使同一个实验装置内包含了2个化学反应；虽然“整个实验装置在反应前后的总质量保持不变”，但是，这并不能使学生相信“碳酸钙与盐酸反应前后的总质量保持不变”，因为学生此时会产生这样的疑问：一个化学反应在反应后的总质量减小（或增大）、另一个化学反应在反应后的总质量增大（或减小），不也能使整个实验装置的总质量在反应前后保持不变吗？可见，用此实验装置得出的结论缺乏科学严谨性。

（3）在实验装置内增加“石灰水与二氧化碳的反应”也使得实验装置复杂了。可能有人认为，原实验这样设计是为了”复习二氧化碳与石灰水的反应”。其实，一个化学实验应该主题明确、目的突出、装置简易、现象直观，尽量不要“节外生枝”。

2 改进后实验的用品和装置

2.1 实验用品

托盘天平、100 mL的锥形瓶（或125 mL的细口瓶）、配套的橡皮塞、20 mL 的一次性注射器（配直径1.2 mm、长50 mm的12号针头）、适量的1∶10稀盐酸、足量的石灰石（或大理石）。

2.2 实验装置

改进后的实验装置见图1（托盘天平略）。

3 改进后实验的操作

（1）按图1装配好仪器（但是不要装入药品），轻轻下推注射器活塞一小段距离后松开手，若注射器活塞能够慢慢回到原来的刻度，就说明装置不漏气。

（2）拔掉橡皮塞（注射器不要从橡皮塞上拔出），用药匙（或镊子）在锥形瓶里装入足量的石灰石，再用注射器直接吸入大约2 mL的1∶10稀盐酸，然后按图1连接好实验装置。

（注意：稀盐酸一定不要多吸，否则下一步不易压入密闭的锥形瓶里，而且产生的二氧化碳也会超出注射器针管的存储量；橡皮塞一定要塞紧，防止下一步压入稀盐酸时发生冲塞现象）

（3）把装置轻轻放在托盘天平的左盘上，并用砝码平衡，记下称量值。

（4）从托盘天平上取下锥形瓶，放在平稳的桌上；然后轻轻、快速下推注射器活塞，使稀盐酸在很短的时间里被一次性压入锥形瓶。随即可以看到反应快速发生，溶液中有气泡冒出，注射器活塞慢慢上移，最后约停留在19 mL刻度处。

（说明：根据有关的化学方程式（CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑）可以算出，2 mL的1∶10稀盐酸（密度约为1.01 g/mL、溶质质量分数约为3.93%）与足量的石灰石充分反应后，理论上大约产生23mL二氧化碳(密度约2 g/L)；实验时可能由于受活塞的阻力作用和水的溶解等因素影响，使得注射器活塞最终停留在19 mL刻度处；但是，这对实验的结论没有任何不良的影响）

（5）待碳酸钙与盐酸完全反应后，再把锥形瓶轻轻放到托盘天平上进行第2次称量，发现称量值没有改变，即反应前后物质的质量总和相等。

（说明：竖直起来的注射器，其活塞在2次称量中所处的位置虽然不同，但是注射器在空气中所受的浮力并没有因此而改变，所以对称量的结果也没有科学性影响）

（6）此时向学生说明：不仅课本上的这几个实验，无数的定量研究实验都证明了反应前后物质的质量守恒，从而引导学生得出“质量守恒定律”。

4 改进后实验的优点

（1）装置简单，性能稳定，安全可靠，符合物理学和化学原理；操作简便，不会发生冲塞现象；由现象到结论更直观、流畅。

（2）其它涉及常温下放出气体、析出沉淀的研究质量守恒定律的实验（如人教版“盐酸与碳酸钠粉末反应前后质量的测定”实验、鲁教版和粤教版“硫酸铜

溶液与氢氧化钠溶液反应前后质量的测定”实验等），也可以使用此装置来演示。

（3）使用一次性注射器来缓冲实验装置内压强的骤然升降，比有些改进方案中使用气球更科学。因为当使用气球时，若反应结束后气球胀大，其所受浮力就会增大，导致第2次称量值略小。

致谢:本实验在改进过程中，得到广西师范大学出版社邓永财编辑、徐州市大庙中学李为才老师的帮助，在此表示诚挚感谢。

参考文献

［1］毕华林，卢巍.义务教育课程标准实验教科书：化学（九年级上册）.济南：山东教育出版社，2009：93-94