資源簡介

質量守恒定律
一、教學目標
1. 知識與技能
（1）認識在一切化學反應中，反應前后原子的種類不變、原子的數目沒有增減。
（2）理解質量守恒定律，學會從微觀和宏觀兩個角度來分析化學反應中質量守恒。
（3）學會應用質量守恒定律來解釋一些化學現象和問題。
2. 過程與方法
（1）通過計算機動畫模擬和動手搭建分子球棍模型深入理解抽象的反應前后原子的種類不變、原子的數目沒有增減的道理。
（2）通過觀察實驗、動手實驗和設計實驗三個手段，突破定性實驗的思維，初步體驗從定量實驗的角度來研究和分析問題。
3. 情感態度與價值觀
（1）通過分組實驗強化自身合作意識；通過多角度描述化學反應培養自身科學精神；通過質量守恒定律的理解呼應辯證唯物主義哲學的觀點。
（2）通過對最新的諾貝爾獎成果手段和質量守恒定律的史實資料的介紹，飲水思源，學習科學家的開拓精神；認識科學的發展過程是建立在不斷質疑和不斷的實驗上的，并且需要經過幾代人的努力。
二、重點和難點
教學重點：①通過微觀角度分析獲得質量守恒定律；
②設計實驗方法來驗證質量守恒定律。
教學難點：①從微觀的角度解釋質量守恒定律；
②質量守恒定律的實驗方案設計。
三、教學用品
媒體：PPT課件、電子白板。
演示實驗藥品和儀器：白磷、細沙、鑷子、錐形瓶、單孔塞、酒精燈、氣球、托盤天平、碳酸鈉粉末、稀鹽酸、小燒杯、膠頭滴管、托盤天平、小試管
學生實驗藥品和儀器：分子球棍模型一套、氫氧化鈉溶液、硫酸銅溶液、小燒杯、膠頭滴管、托盤天平、小試管
四、教學案例
1. 教學過程
教學內容 教師活動 學生活動 設計意圖
1、引入【板塊1】 【提問】同學們學習化學已經有一個多月了，我們有哪些方法來描述化學反應？比如以氫氣燃燒為例，最直接的方法就是觀察實驗現象。下面來看一段視頻：【視頻】氫氣燃燒【提問】看完之后說說氫氣燃燒有什么樣的現象【提問】還有什么方法可以描述一個化學反應【板書】文字表達式： 【回答】發出淡藍色火焰，放熱，罩上干而冷的燒杯，燒杯內壁出現水珠【回答】還可用文字表達式和化學方程式表示 【主線1】用一個看似簡單但富有多樣性的問題開場，以多視角看待化學反應用新知識和直觀感受文字引入課程【主線1】豐富主線的內容，為主體內容進行鋪墊學生雖然對方程式已有初步的概念，此處不直接給出化學方程式。
2、從微觀角度導出質量守恒定律【板塊1】 【講解】以上這些方法，可以在宏觀上給我們直觀的印象。【提問】還有什么方法能換一種角度來描述一個化學反應？展示動態圖片【講解】我們在化學研究的過程中大都只關注到反應的結果，對于在火焰中到底發生了什么，很少也很難去探討。我們可以使用計算機模擬的方法來解決這個問題，今年諾貝爾化學獎頒給了馬丁·卡普拉斯等3人，表彰他們在計算機化學模擬的領域做出的貢獻。而現在，我們也可以用計算機模擬來看看在微觀方面氫氣是如何與氧氣反應的。展示動態圖片 （以上為截圖）【講解】從圖片上可以看到，第一個氫氣分子解離為兩個氫原子，與同時解離的氧原子結合，產生一個水分子；類似地，余下的一個氫氣分子和氧原子結合，產生第二個水分子。【提問】化學反應過程中，原子有沒有改變？原子沒有改變意味著什么沒變化呢？【引導】也就是說，既然原子的種類和個數都不變，那么每個原子的質量也是不變的，這三個關系描述了微觀狀態下的規律，把微觀推論及宏觀，我們能得到什么呢？【核心圖示】【設問】這樣的說法嚴謹嗎？下面來看一個例子 【回答】可以從分子原子的角度來描述化學反應【回答】沒有改變，只是重新組合原子的種類不變原子的個數不變【回答】在化學反應前后，物質的總質量不變 【主線1】引入課程難點，從微觀角度分析問題【主線2】從最新的諾貝爾獎談起，結合時事熱點，引出計算機模擬的先進技術，激發學生學習熱情。【主線1】從動態圖片出發，給學生直觀的印象，理解氫氣分子如何與氧氣分子結合，生成水分子從微觀角度初步推導出不嚴謹的質量守恒定律
3、質量守恒定律的形成【板塊1】 【提問】10個氫分子與7個氧分子反應，生成了多少水分子？大家桌上都有一套分子的球棍模型，紅球代表氧原子，白球代表氫原子。初始狀態是10個氫分子和7個氧分子的狀態，請同學們分組將其組成水分子【邀請同學將小組成果予以展示】【引導】也就是說反應后我們得到了這個圖象【提問】右圖這兩個氧分子是哪里來的呢？【追問】為何會剩下呢？【追問】這兩個氧分子在反應中有什么作用嗎？【追問】對了，沒有參加反應，現在大家看看能否把剛才的結論再修改看看？【講解，板書】這就是質量守恒定律：參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和。 【分組實驗】同學分組實驗，組成10個水分子，還剩下兩個水分子沒有用到。【回答】是原來剩下的【回答】因為沒有氫氣分子與之反應了。【回答】沒有作用，這兩個氧分子沒有參加這個反應【回答】參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和 通過分子原子角度滲透過量的概念用實際操作來解釋反應物到生成物之間的變化通過不斷的追問（蘇格拉底式的詰問），逐步引出在質量守恒的定義中“參加化學反應”這個重點澄清概念，引導學生關注定義中的內涵和外延
4、質量守恒定律的深入理解【板塊2】 【提問】我們在之前學過的簡單化學方程式中，大家有沒有發現質量守恒定律的影子？體現在何處呢？例如【講解】沒錯，也就是說，在方程式中就已經從各方面滲透了質量守恒定律了。從微觀的原子種類和原子數到宏觀的總質量都符合質量守恒定律。【總結并提問】在質量守恒過程中宏觀上什么變化？什么不變？微觀上什么變化？什么不變？【根據回答形成板書】 【回答】方程式中左右兩邊原子數相等，各物質的質量總和也相等【回答】宏觀上改變的是物質種類，不變的是物質總質量在微觀上改變的是分子種類，不變的是 原子種類和原子個數 反過來結合方程式進行解讀質量守恒定律幫助學生進一步歸納整理宏觀和微觀角度的質量守恒定律
5、用實驗方法驗證質量守恒定律【板塊2】 【設問】在微觀上，化學反應的實質是原子重新組合，從這一點來看，質量守恒是一個非常自然的結果，但是，這是不是放之四海而皆準的定律？這必須用實驗的方法進行證明。用實驗方法驗證也是一個重要的描述化學反應的手段【板書】【分組實驗】下面請同學們來用桌上的儀器和藥品自己驗證一下質量守恒定律在此之前先請同學來講講他的實驗方案【實驗過程中講解】雖然化學反應前后質量不變，但是在體系中有很多東西沒有參加化學反應，在稱量時前后抵消。那么對于這個反應，質量守恒定律是符合的。【在實驗中發現問題】有些同學在做實驗的過程中好像發現有不守恒的結果產生，這又是為什么呢？【講解】英國化學家曼萊在1912年也做過類似的實驗，不過這個實驗精確度極高，證明反應前后的質量變化大約在一千萬分之一。為何要進行如此精確的實驗呢？【講解】因為在100多年前，拉瓦錫就已經完整描述了質量守恒的概念，但是由于實驗條件的限制，誤差過大，沒有能夠廣泛服眾。直到1912年才被正式承認。 【回答】①分別取1滴管NaOH溶液和CuSO4溶液于兩支試管中，放入燒杯中，用托盤天平稱量。②兩種溶液混合，重新稱量，進行比較。【分組實驗】氫氧化鈉與硫酸銅反應證明質量守恒定律學生分組實驗，體驗質量守恒定律的證明【回答】也許是因為實驗的精度不夠，誤差較大。 【主線1】從概念的建構到實驗的證明。讓學生試著講出實驗方案指導學生實驗過程的整體性設計和操作【主線2】質量守恒的形成和曲折的證明過程
6、質量守恒定律的質疑【板塊3】 【講解】1650年波義耳做了一系列實驗，將金屬加熱后稱量，發現金屬燃燒后的“金屬灰”質量大于原來金屬的質量。這些實驗決定性地粉碎了古老的燃素說，但是他卻沒有注意到質量守恒定律。后來在100年后才有科學家注意到他的疏漏。不過也難怪，生活中很多東西似乎也不符合質量守恒，如：蠟燭點到尾“一點也不剩”，好像它們都無影無蹤地“消失”了。這些是為什么呢？【講解】沒錯，因為有氣體參加了反應或者有氣體生成了。【提問】對于有氣體交換的反應，如何證明其質量守恒？ 【回答】因為蠟燭和金屬燃燒消耗了氧氣，有氣體交換【回答】應該把反應在密封的容器中進行。 【主線2】從波義耳錯過質量守恒定律引出質量守恒定律的難點：有氣體參加或生成氣體的反應的證明
7、用白磷燃燒實驗證明質量守恒【板塊3】 【演示實驗】在裝有少量細沙的錐形瓶中加入一小塊白磷，塞上一個彈孔橡膠塞，連接玻璃管，玻璃管一段連有氣球。稱量后拆下裝置，加熱玻璃管下端，迅速塞緊橡皮塞，引燃白磷，冷卻后重新稱量。【提示】仔細看氣球的變化【提問】氣球如何變化？為何要放置一個氣球？【引導提問】如果直接用橡皮塞密封，由于反應放熱，瓶內的壓強變大，因而？ 【觀察】實驗現象，白磷燃燒放出大量白煙，重新稱量后天平平衡【回答】氣球先變大，后變小。氣體受熱膨脹，隨后氧氣被消耗了，氣球變小。【回答】因而會把橡皮塞彈出。 用正確的舉例來引導學生對質量守恒定律實驗證明的理解。
7、設計實驗證明質量守恒定律I：有氣體消耗的反應【板塊3】 【構建情境】鎂帶燃燒后，質量會變大，所以化學反應后質量是變大的？請大家互相間討論一下，并試試看在原有圖片的基礎上畫出你所設計的方案對學生的設計進行點評，如橡膠塞、氣球等防止氣體交換的關鍵點予以重視。 【分組活動】同學設計鎂帶燃燒實驗，分別在電子白板上補充展示 讓學生模仿視頻中的例子，自己動手設計實驗，考慮氣體在反應中的參與影響
7、設計實驗證明質量守恒定律II：有氣體生成的反應 【構建情境】大理石與鹽酸反應，反應前后容器質量是如何變化的？【演示實驗】在燒杯中加入一定量的碳酸鈉粉末，并小心放入裝有稀鹽酸的小試管，用托盤天平稱量。將溶液倒入燒杯中，重新稱量，進行比較。【講解】因為有氣體生成，天平似乎無法平衡，產生了很大的誤差。請大家互相間討論一下，并試試看畫出你所設計的方案對學生的設計進行點評，如是否在密閉容器內、防止氣體交換的關鍵點予以重視。【注意】氣體產生時不可用橡膠塞，用氣球時要考慮浮力造成的影響。【引導提問】若考慮浮力的影響，改如何改動？ 【觀察】反應中迅速放出大量的氣泡，天平最終不平衡【分組活動】同學設計大理石與鹽酸的實驗。在電子白板上展示【回答】1、可用塑料瓶2、可用其他試劑吸收CO2 用演示實驗讓學生體驗產生誤差的原因在進一步深入理解氣體在反應中的影響后，加大實驗設計的難度
8、實驗結論和質量守恒定律的總結 【提問】非密閉體系中，有氣體產生或有氣體參與的化學變化不遵循質量守恒定律嗎 【講解】依然遵循質量守恒，反應生成了氣體（消耗了氣體），氣體散逸（體系外的空氣參與了氣體交換），在計算時需要加上這部分氣體的質量。【講解】因而在實驗設計的過程中，我們應當注意反應體系應（1）處于密封狀態；（2）考慮反應的氣壓變化，不能單純用橡皮塞，應作適當的處理；（3）可以考慮浮力的影響。 【回答】依然遵循質量守恒，反應生成了（或消耗了）氣體 對實驗設計的注意要點進行總結
9、概念辨析與練習 一、24.5克氯酸鉀與二氧化錳混合后共熱，完全反應后，冷卻，稱得剩余的物質質量為14.9克，求生成的氧氣多少____克二、某化合物R在空氣燃燒后生成二氧化碳和水，下列關于R化學式敘述正確的是：A、R一定含有碳，氫，氧三種元素B、R一定含有碳和氫元素，不含有氧元素C、R一定含有碳和氫元素，可能含有氧元素D、R不一定含有碳和氫元素，但一定不含有氧元素 【回答】9.6克【回答】選C
10、總結 【講解】今天我們主要學習了質量守恒定律，理解了質量守恒定律的定義，并進行了簡單的應用，為我們接下來學習方程式的書寫打下了基礎
11、作業 書上P58，探究與實踐
2. 主要板書
化學變化中的質量守恒
一、氫氣燃燒 如何描述化學反應
二、化學反應的實質：原子的重新組合 1、觀察實驗現象
化學反應前后，原子的種類、質量、個數都不變 2、文字表達式
三、質量守恒定律 3、化學方程式
參加化學反應的各物質的質量總和，等于反應后生 4、微觀分子原子
成的各物質的質量總和 5、宏觀定量分析
宏觀 微觀
一定改變 物質種類 分子種類
一定不變 物質總質量 原子種類、原子個數
四、氣體參與或生成的化學反應的質量守恒定律的證明
教學說明
一、學生的學情學力介紹
上課對象是民辦中學中非常優秀的學生群體，具有非常優秀的思維能力和迅速的反應能力，注意力也較大多數學生集中。因此本課在設計時必須增加一些難度并加快課堂的節奏，課的容量可以適當變大。
在實際教學活動中，除了課本上的知識體系，適當介紹一些課外的小知識可以帶動他們的學習熱情。同時，教師利用自身年輕的優勢，對前沿的化學也讓學生有所涉獵，增加學生的學習興趣。
二、知識的基本背景
質量守恒定律是化學反應前后質量關系的概括。定律內容不復雜，如果要學生記憶也不會有太多困難。以往經常通過實驗來讓學生理解質量守恒定律，這樣使得學生在宏觀上理解了質量守恒定律，卻往往在微觀上無法透徹讀懂微觀反應的圖示，并且在“反應后反應物有剩余”這個觀念上對質量守恒的理解出現偏頗。這經常是由于學生很難建構微觀分子原子與宏觀物質之間的聯系。
另外，在生活中的許多宏觀現象，表面看來并不是這么回事，很難給學生留下深刻的烙印。但是在微觀上，質量守恒定律是非常自然而明顯的。以至于在相當于初中學段的國外教材（如：第五版的Pearson International Editon: Chemistry或第十版的McGraw Hill: Chemistry）中，不直接給出質量守恒這個觀點，而以原子開篇，直接進入方程式的書寫和配平中去。從這樣的角度來講，從微觀出發引出質量守恒是一個自然且顯然的方法。這兩本書給予我從微觀推及宏觀這一結構的靈感。
三、課程設計
整個課堂設計分為三個板塊，用兩根不同的主線去串聯，并且時時突出教學目標中的兩個重點。
3.1課程板塊
在三個板塊分為：“微觀原理和質量守恒定律的引出”、“質量守恒定律的深入理解”和“設計實驗證明質量守恒定律”。
第一板塊放棄了常用的以提出問題帶動宏觀實驗到微觀解釋的思路，從微觀的動態模型和學生動手搭建分子球棍模型的方式，感性地理解質量守恒定律所蘊藏的實質是分子間的重新組合。這樣的設計相較于以往的教學更直觀簡單，將原先的難點化解，形成一個易于掌握的臺階。
第二板塊是前后板塊之間的銜接和橋梁。主要澄清了質量守恒定律在化學方程式中的滲透，已經對新學習的概念進行了相應的整理、強調和歸納。并且在初步實驗的基礎上對質量守恒定律的正確性加以明確。
第三板塊是本課相對較難的部分，主要是讓學生自主去驗證質量守恒定律的實驗證明，在模仿的基礎上進行實驗的設計，讓學生從明晰實驗方案到更為復雜地考慮避免氣體交換的實驗設計。將課堂交還于學生自己去進行自主探究。
3.2課程主線
整個課堂用兩根主線連接三個板塊和兩個教學重點，一明一暗貫穿在課堂之中。
第一根主線是明線，“描述化學反應的方法”：觀察實驗現象、文字表達式、化學方程式、微觀分子原子和宏觀定量分析。這條線從表面到原理，由淺入深地讓學生用多角度的方法感知化學變化，形成多樣性的思維模式。
第二根主線是暗線，“質量守恒的歷史發展”：從現代往古代逆向發展，從一個側面展示了質量守恒原理的歷史發展規律。在課堂中先后提到（1）現代的計算機模擬；（2）近代微觀分子原子角度解釋質量守恒；（3）曼萊在1912年的精確實驗；（4）1780年左右拉瓦錫提出質量守恒的概念；（5）1650年波義耳錯過質量守恒。這些歷史發展的逆向規律雖然看上去不符合了科學發展的歷史規律，但是卻有助于理解質量守恒定律證明的難點，而這個難點也就是波義耳錯過質量守恒的原因，在密閉體系中氣體的質量不能忽略。
3.3課程重點
在這兩根主線中，教學設計的重點放在兩點上：
第一、從微觀出發，用動畫和圖片讓學生從感性角度認識到在反應過程中分子和原子的運動，從而非常自然直觀地構建質量守恒的概念。同時，引入微觀示意圖，讓學生從逐步構筑的思考方式出發，得出“反應后剩余物質不參與反應”這樣一個結論。一方面這個結論完善了質量守恒定律的定義，另一方面也能在今后的類似題目中找到思維的方向，起到了一舉兩得的作用。
第二、讓學生通過實驗探究，自己來驗證質量守恒定律。針對存在氣體交換的反應，一直是學生理解的難點。本課先通過引導分析，然后用視頻來舉例，讓學生在模仿中學會規范嚴謹地設計實驗。學會不僅要考慮反應物的化學性質，還要考慮諸如氣體交換、氣壓、浮力等物理因素。真正能貫通理化，實現“大理科”的教學理念。
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