初中化学经典教育案例中,“质量守恒定律”的探究教学堪称经典，该定律是化学学科的核心基础之一，通过实验探究引导学生理解“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”，不仅能培养学生的科学思维，还能提升其实验操作能力和数据分析能力，以下以“白磷燃烧前后质量的测定”实验为例，详细展开教学设计、实施过程及教育价值。
教学背景与目标
学情分析：初中生刚接触化学，对“物质变化中质量关系”的认知多停留在生活经验层面（如燃烧后灰烬变轻），容易产生“物质质量减少”的误解，需通过实验打破固有认知，建立科学定律。
教学目标：
- 知识与技能：理解质量守恒定律，能用分子、原子观点解释其本质。
- 过程与方法：通过实验探究，学习“提出假设—设计实验—观察现象—分析数据—得出结论”的科学探究方法。
- 情感态度与价值观：培养严谨求实的科学态度，体会化学实验对理论推导的重要性。
教学准备
实验器材与药品：托盘天平（精确到0.1g）、锥形瓶（带橡皮塞、玻璃管）、气球、白磷、烧杯、镊子、滤纸、细沙。
多媒体资源：分子、原子模型动画，拉瓦锡研究质量守恒的历史资料。
教学过程设计
（一）情境导入，引发认知冲突
【教师活动】展示图片：木材燃烧后余烬、镁条燃烧后白色固体，提问：“这些物质燃烧后质量是变重、变轻，还是不变？生活中有人说‘烧完的煤渣比煤轻’，说明质量‘消失’了吗？”
【学生反应】多数学生认为质量减少，部分学生认为“可能不变但不确定”。
【设计意图】从生活现象入手，利用学生的认知矛盾，激发探究欲望。
（二）猜想与假设，引导科学思维
【教师引导】“若质量发生变化，可能与哪些因素有关？若不变，如何通过实验验证？”
【学生猜想】
- 可能与“是否密封”有关（如燃烧物接触空气）；
- 可能与“生成物是否逸散”有关（如气体挥发）。
【教师总结】猜想需可验证，聚焦“反应前后物质总质量是否相等”，强调“控制变量”——需在密闭系统中进行实验。
（三）实验探究，分组设计与实施
实验1：敞口体系中的白磷燃烧
【步骤】
- 用托盘天平称取少量白磷（约0.5g）放在滤纸上，记录质量m₁；
- 将白磷置于干燥的锥形瓶中,称量总质量m₂；
- 用玻璃管小心将白磷推入锥形瓶底与空气接触,观察燃烧现象；
- 冷却后再次称量总质量m₃。
【数据记录示例】
| 实验步骤 | 质量（g） |
|----------|----------|
| 白磷质量（m₁） | 0.52 |
| 锥形瓶+白磷总质量（m₂） | 32.10 |
| 燃烧后冷却总质量（m₃） | 31.98 |
【现象与结论】白磷燃烧产生大量白烟，冷却后质量减少（m₃＜m₂），学生分析：生成的五氧化二磷部分逸散到空气中，导致质量“减少”。
实验2：密闭体系中的白磷燃烧（改进实验）
【装置改进】在锥形瓶口套上气球，或用带玻璃管的橡皮塞密封（玻璃管套小气球），确保生成物不逸散。
【步骤】
- 在锥形瓶底部铺一层细沙（防止锥形瓶炸裂），放入一小块白磷（约0.5g），塞紧橡皮塞；
- 称量锥形瓶、白磷、气球的总质量m₁；
- 将锥形瓶倒置,使白磷与空气接触（或用热玻璃管引燃白磷），观察燃烧；
- 冷却至室温,再次称量总质量m₂。
【数据记录示例】
| 实验步骤 | 质量（g） |
|----------|----------|
| 密闭体系总质量（m₁） | 68.45 |
| 冷却后总质量（m₂） | 68.45 |
【现象与结论】白磷燃烧，气球先鼓起后变瘪（因气体受热膨胀、冷却后气压降低），反应前后质量相等（m₁=m₂）。
（四）讨论分析，归纳定律
【教师提问】“对比两组实验，为什么敞口体系质量减少，密闭体系质量不变？”
【学生讨论】敞口体系生成物（五氧化二磷固体）扩散到空气中；密闭体系中，所有物质（白磷、氧气、五氧化二磷）均被包含在体系内，无物质进出。
【教师总结】“参加反应的白磷和氧气的质量总和，等于生成的五氧化二磷的质量总和”——这就是质量守恒定律。
微观解释（结合分子、原子模型动画）：
- 化学反应的实质是分子破裂成原子,原子重新组合成新分子；
- 反应前后原子的种类、数目、质量均不变，故物质总质量不变。
（五）拓展延伸，深化理解
【问题挑战】“若将实验中的白磷换成碳酸钙（CaCO₃）和稀盐酸（HCl），在敞口容器中反应，质量会变化吗？”
【学生设计】CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑，生成的CO₂气体逸散，质量减少。
【教师追问】“如何设计实验验证该反应的质量变化？”引导学生思考“密闭容器+吸收气体装置”（如气球、干燥管）。
教育价值与反思
- 科学素养培养：通过“发现问题—实验验证—得出结论”的过程，学生体会科学探究的严谨性，理解“控制变量”在实验中的重要性。
- 认知冲突解决：从“生活经验认为质量减少”到“实验证明质量守恒”，学生学会用证据推翻错误认知，建立科学思维。
- 创新意识激发：改进实验装置（如添加气球）的过程，鼓励学生思考“如何优化实验以减少误差”，培养创新精神。
相关问答FAQs
问题1：在“白磷燃烧”实验中，为何要铺细沙？若不用细沙可能发生什么危险？
解答：白磷的着火点低（约40℃），燃烧时放出大量热，若锥形瓶底部直接接触白磷，可能导致瓶底受热不均而炸裂，铺细沙可以起到隔热、缓冲作用，防止锥形瓶因高温破裂，确保实验安全。
问题2：质量守恒定律中的“参加反应的各物质”是否包括所有反应物？如何判断哪些物质“参加了反应”？
解答：“参加反应的各物质”指实际参与化学反应的反应物，而非过量部分，在碳燃烧生成二氧化碳的反应中，若氧气不足，碳有剩余，则“参加反应的物质”仅包括实际消耗的碳和氧气，剩余的碳不计算在内，判断方法可通过观察反应物是否完全消耗，或通过生成物的质量反推消耗的反应物质量。
