3. 实验
方案一
| 步骤和方法 | 现象 | 结论或解释 |
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| （1）如教科书中图5-1所示，将铜粉平铺于锥形瓶的底部，把上端系有小气球的玻璃导管插入单孔橡胶塞，用橡胶塞塞紧锥形瓶口。 | | |
| （2）将装置放在天平上称量，记录所称的质量 $ m_1 $。 | | |
| （3）再将锥形瓶置于陶土网上，用酒精灯加热，观察实验现象。 | | |
| （4）反应一段时间后停止加热，待装置冷却后再次称量，记录所称的质量 $ m_2 $。 | | |
方案二
| 步骤和方法 | 现象 | 结论或解释 |
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| （1）如教科书中图5-2所示，在锥形瓶中加入用砂纸打磨干净的铁丝，再小心地放入盛有硫酸铜溶液的小试管，塞好橡胶塞。 | | |
| （2）将装置放在天平上称量，记录所称的质量 $ m_1 $。 | | |
| （3）取下锥形瓶并将其倾斜，使小试管中的硫酸铜溶液流入锥形瓶，观察实验现象。 | | |
| （4）反应一段时间后再次称量，记录所称的质量 $ m_2 $。 | | |
你自己设计的实验方案
| 步骤和方法 | 现象 | 结论或解释 |
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解：
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方案一
| 步骤和方法 | 现象 | 结论或解释 |
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| （1）如教科书中图5-1所示，将铜粉平铺于锥形瓶的底部，把上端系有小气球的玻璃导管插入单孔橡胶塞，用橡胶塞塞紧锥形瓶口。 | 无明显外观变化 | 组装形成密闭体系，避免反应过程中体系与外界发生物质交换 |
| （2）将装置放在天平上称量，记录所称的质量 $ m_1 $。 | 天平平衡，记录质量数值$m_1$ | 测得反应前整个密闭装置的总质量 |
| （3）再将锥形瓶置于陶土网上，用酒精灯加热，观察实验现象。 | 红色铜粉逐渐变为黑色，小气球受热膨胀，冷却后气球变瘪 | 加热条件下铜与氧气反应生成氧化铜，反应放热使瓶内气体膨胀，反应消耗瓶内氧气，冷却后瓶内压强减小 |
| （4）反应一段时间后停止加热，待装置冷却后再次称量，记录所称的质量 $ m_2 $。 | 天平仍保持平衡，测得$m_2 = m_1$ | 参加反应的铜和氧气的质量总和，等于反应后生成的氧化铜的质量，化学反应前后总质量不变 |
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方案二
| 步骤和方法 | 现象 | 结论或解释 |
| --- | --- | --- |
| （1）如教科书中图5-2所示，在锥形瓶中加入用砂纸打磨干净的铁丝，再小心地放入盛有硫酸铜溶液的小试管，塞好橡胶塞。 | 无明显现象 | 打磨除去铁丝表面的氧化层，组装得到密闭反应体系 |
| （2）将装置放在天平上称量，记录所称的质量 $ m_1 $。 | 天平平衡，记录质量数值$m_1$ | 测得反应前整个密闭装置的总质量 |
| （3）取下锥形瓶并将其倾斜，使小试管中的硫酸铜溶液流入锥形瓶，观察实验现象。 | 铁丝表面析出红色固体，溶液蓝色逐渐变浅 | 铁与硫酸铜发生反应，生成铜和硫酸亚铁：$\ce{Fe + CuSO_{4} = FeSO_{4} + Cu}$ |
| （4）反应一段时间后再次称量，记录所称的质量 $ m_2 $。 | 天平仍保持平衡，测得$m_2 = m_1$ | 参加反应的铁和硫酸铜的质量总和，等于反应后生成的铜和硫酸亚铁的质量总和，化学反应前后总质量不变 |
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自行设计的实验方案
| 步骤和方法 | 现象 | 结论或解释 |
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| 1. 在底部铺有细沙的锥形瓶中放入少量干燥红磷，用带玻璃管（上端系紧小气球）的橡胶塞塞紧瓶口，将整套装置放在托盘天平上称量，记录总质量$m_1$；
2. 取下锥形瓶，将玻璃管下端在酒精灯上烧至红热，迅速塞紧瓶塞引燃红磷；
3. 待装置完全冷却至室温后，将锥形瓶放回托盘天平，记录总质量$m_2$ | 红磷燃烧产生大量白烟，小气球先膨胀、冷却后变瘪，最终天平保持平衡，$m_2=m_1$ | 参加反应的红磷和氧气的质量总和等于反应后生成的五氧化二磷的质量，验证化学反应前后物质总质量相等，符合质量守恒定律 |