在化學(xué)課堂上,過氧化氫的分解反應(yīng)是一個經(jīng)典的實(shí)驗(yàn),常被用來展示催化劑的效用。二氧化錳(MnO2)作為催化劑,能顯著加速過氧化氫(H2O2)分解成水(H2O)和氧氣(O2)的反應(yīng)速率,同時它在反應(yīng)過程中保持化學(xué)性質(zhì)不變。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容采用問題導(dǎo)入式與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合的教學(xué)模式,注重學(xué)生能力的培養(yǎng)和思維的形成過程。
一、教學(xué)目標(biāo)
在探究過氧化氫分解反應(yīng)中二氧化錳的催化作用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計中,素養(yǎng)目標(biāo)主要涵蓋以下幾個方面。
1.科學(xué)探究能力:學(xué)生能夠通過實(shí)驗(yàn)觀察、數(shù)據(jù)記錄和分析,理解催化劑在化學(xué)反應(yīng)中的作用,體會“物質(zhì)在一定條件下可以轉(zhuǎn)化”的觀點(diǎn)。
2.實(shí)驗(yàn)操作技能:學(xué)生能夠熟練掌握基本的化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作,如正確使用實(shí)驗(yàn)器材、測量和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3.知識遷移能力:學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用于新的情境,并理解催化劑在其他化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用。
4.團(tuán)隊(duì)合作精神:學(xué)生能夠在小組合作中分工協(xié)作,共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識。
二、教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)
教師利用小組合作的方式,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中相互討論、交流,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互動性和趣味性。小組成員可以分工合作,分別負(fù)責(zé)不同的實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄,通過團(tuán)隊(duì)合作完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這樣的教學(xué)方式不僅能夠提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,還能培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通能力。
三、教學(xué)過程
◎環(huán)節(jié)一:情境引入
師:老師前兩天查宿舍把膝蓋磕出了血,有一位好心的同學(xué)給老師拿了一瓶雙氧水,你們了解雙氧水嗎?你們知道它還有什么其他用途嗎?
學(xué)生回答后,教師出示雙氧水圖片并引導(dǎo):今天我們就一起學(xué)習(xí)過氧化氫的有關(guān)知識。
◎環(huán)節(jié)二:實(shí)驗(yàn)探究,構(gòu)建概念
1.師:常溫下過氧化氫溶液能否產(chǎn)生氧氣?
教師播放視頻,引導(dǎo)學(xué)生回答:可以,但是很慢。
2.師:是否可以向過氧化氫溶液中加入某種物質(zhì),使其迅速產(chǎn)生大量氧氣呢?
學(xué)生(猜測):二氧化錳。
3.師:那么如何設(shè)計實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證二氧化錳可以加快反應(yīng)速率?
4.學(xué)生小組討論,設(shè)計實(shí)驗(yàn)。
【實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備】
實(shí)驗(yàn)材料:過氧化氫溶液(5%)、二氧化錳粉末、蒸餾水、試管、試管架、滴管、量筒、燒杯等。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備:電子天平、溫度計、計時器、pH試紙等。
安全防護(hù):實(shí)驗(yàn)服、護(hù)目鏡、手套等。
【實(shí)驗(yàn)步驟】
a.準(zhǔn)備兩支干凈的試管,并分別在試管上貼上標(biāo)簽,標(biāo)記為A和B,以便區(qū)分。
b.在試管A中準(zhǔn)確量取5毫升的過氧化氫溶液,確保量取的準(zhǔn)確性。然后,在試管B中加入相同體積的過氧化氫溶液和二氧化錳,這樣可以作為對照組,以便后續(xù)的對比分析。
c.立即觀察并記錄兩支試管中氣泡產(chǎn)生的速率和數(shù)量??梢酝ㄟ^計時器記錄氣泡產(chǎn)生的具體時間,以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。
d.使用溫度計測量并記錄反應(yīng)前后的溫度變化。注意,溫度計的讀數(shù)要準(zhǔn)確,以確保數(shù)據(jù)的可靠性。
e.使用pH試紙檢測反應(yīng)前后溶液的pH值變化情況。將pH試紙分別浸入兩支試管中的溶液,觀察試紙顏色的變化,并記錄相應(yīng)的pH值。
全體學(xué)生進(jìn)行隨堂實(shí)驗(yàn),并完成實(shí)驗(yàn)報告;教師巡視,并作個別輔導(dǎo)。
【實(shí)驗(yàn)分析】
a.在實(shí)驗(yàn)過程中,詳細(xì)記錄氣泡產(chǎn)生的速率和數(shù)量。可以通過計數(shù)氣泡的數(shù)量和測量氣泡產(chǎn)生的持續(xù)時間來評估反應(yīng)速率。然后,將實(shí)驗(yàn)組和對照組的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,分析二氧化錳的催化作用對反應(yīng)速率的具體影響。
b.記錄反應(yīng)前后的溫度變化,可以通過繪制溫度變化曲線圖來直觀展示溫度變化的趨勢。通過分析溫度變化對反應(yīng)速率的影響,可以進(jìn)一步理解反應(yīng)動力學(xué)的相關(guān)知識。
5.師:化學(xué)反應(yīng)前后二氧化錳的化學(xué)性質(zhì)改變了嗎?為了更好地理解這一現(xiàn)象,我們可以觀看一個已經(jīng)剪輯好的視頻。
學(xué)生觀看視頻并小組討論,得出:在過氧化氫(H2O2)分解產(chǎn)生氧氣(O2)的實(shí)驗(yàn)過程中,二氧化錳(MnO2)作為一種催化劑,其質(zhì)量并沒有發(fā)生任何變化。這表明二氧化錳在反應(yīng)過程中并沒有被消耗,也沒有生成新的物質(zhì)。
6.師:那么,什么是催化劑呢?
生:催化劑是一種能夠加速化學(xué)反應(yīng)速率的物質(zhì),但它在反應(yīng)過程中本身并不發(fā)生化學(xué)變化,反應(yīng)前后其質(zhì)量和性質(zhì)保持不變。
師:結(jié)合我們剛才觀察到的現(xiàn)象,二氧化錳在過氧化氫分解產(chǎn)生氧氣的反應(yīng)中起到了什么作用呢?
生:二氧化錳作為一種催化劑,它能夠顯著加快過氧化氫分解的速率,而自身在反應(yīng)過程中并沒有發(fā)生任何質(zhì)量上的變化,也沒有被消耗掉。因此,我們可以明確地說,在這個反應(yīng)中,二氧化錳起到了催化劑的作用。
師:由此,我們可以知道催化劑的特點(diǎn):“一變”(在化學(xué)反應(yīng)中,能改變其他物質(zhì)的反應(yīng)速率)、“二不變”(第一不變:其質(zhì)量在反應(yīng)前后沒有變化;第二不變:其化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后沒有變化)。
◎環(huán)節(jié)三:拓展實(shí)驗(yàn),深化概念
拓展實(shí)驗(yàn):尋找過氧化氫分解的“新催化劑”。
實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:過氧化氫溶液(5%),紅磚粉末、塑料片、土豆片、試管2根。
師:在本次實(shí)驗(yàn)中,我們將使用過氧化氫溶液(濃度為5%)以及紅磚粉末、塑料片和土豆片作為實(shí)驗(yàn)材料。請各位同學(xué)準(zhǔn)備好兩根試管,以便進(jìn)行接下來的實(shí)驗(yàn)操作。
師:同學(xué)們,通過觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,我們可以分析這些物質(zhì)是否具有催化作用。請各位同學(xué)認(rèn)真操作,仔細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),以便我們共同探討實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),目的是探究不同物質(zhì)對過氧化氫分解反應(yīng)的影響。學(xué)生使用過氧化氫溶液作為反應(yīng)物,并分別加入紅磚粉末、塑料片和土豆片作為催化劑。學(xué)生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
師:同學(xué)們,你們在剛才的實(shí)驗(yàn)中觀察到了哪些現(xiàn)象?
生:通過剛才的實(shí)驗(yàn)觀察,我們發(fā)現(xiàn)加入紅磚粉末、塑料片和土豆片后,過氧化氫溶液的分解反應(yīng)速率有所增加。
師:那就可以認(rèn)為這些物質(zhì)是催化劑嗎?
生:僅憑這一現(xiàn)象并不能直接斷定這些物質(zhì)就是催化劑。催化劑的作用是降低反應(yīng)的活化能,從而加快反應(yīng)速率,但它們本身在反應(yīng)前后不會發(fā)生化學(xué)變化。因此,我們需要進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),確認(rèn)這些物質(zhì)是否滿足催化劑的定義。只有在確認(rèn)它們在反應(yīng)前后保持不變,并且確實(shí)加快了反應(yīng)速率的情況下,我們才能得出它們是催化劑的結(jié)論。
生:是的,老師。催化劑在化學(xué)反應(yīng)中起到了至關(guān)重要的作用,它能夠加速反應(yīng)的進(jìn)行,但本身并不參與反應(yīng),最終保持不變。
師:很好,你對催化劑的理解很到位。那么,你能舉一個生活中的例子來說明催化劑的作用嗎?
生:可以。比如在烘焙過程中,酵母就是一種催化劑。它能夠幫助面團(tuán)發(fā)酵,使面包變得松軟可口。酵母能夠顯著提高化學(xué)反應(yīng)的速率,而自身的化學(xué)性質(zhì)和數(shù)量在反應(yīng)前后保持不變,這就是一個典型的催化劑的例子。
師:非常好,你能夠?qū)⒊橄蟮目茖W(xué)概念與日常生活聯(lián)系起來,這正是我希望同學(xué)們做到的。那么,接下來,我們來討論一下催化劑在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,看看它如何在大規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)中發(fā)揮作用。
生:好的,老師。在工業(yè)生產(chǎn)中,催化劑的應(yīng)用非常廣泛。例如,在石油煉制過程中,催化劑可以提高反應(yīng)的速率,減少能源消耗,同時還能減少副產(chǎn)品的生成。這樣不僅提高了經(jīng)濟(jì)效益,還對環(huán)境保護(hù)起到了積極作用。
師:你說得很好。通過今天的討論,希望大家能夠更加深入地理解催化劑的概念及其重要性。同時,也希望同學(xué)們能夠在學(xué)習(xí)中發(fā)揮主動性,像催化劑一樣,激發(fā)自己的潛能,不斷進(jìn)步。
◎環(huán)節(jié)四:拓展習(xí)題,分享收獲
1.填空。
(1)同一個反應(yīng)可以有""的催化劑。
(2)二氧化錳""所有反應(yīng)的催化劑。
(3)催化劑""決定化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生,也不能改變""產(chǎn)量。
2.判斷。
(1)催化劑只是反應(yīng)條件,寫在箭頭上。(")
(2)催化劑改變速率既可以加快又可以減慢化學(xué)反應(yīng)速率。(")
3.選擇題。
(1)關(guān)于催化劑,下列說法正確的是(")
A.催化劑只能加快其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率
B.催化劑在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)保持不變
C.用雙氧水制取氧氣只能用二氧化錳做催化劑
D.雙氧水若沒有催化劑就不能分解產(chǎn)生氧氣
(2)下列有關(guān)催化劑的說法正確的是()
A.催化劑能增加生成物的質(zhì)量
B.二氧化錳只能做催化劑
C.某些化學(xué)反應(yīng)可以有多種催化劑
D.催化劑能使原本不發(fā)生的反應(yīng)快速進(jìn)行
4.小明同學(xué)不小心將一點(diǎn)氧化銅粉末掉落進(jìn)了過氧化氫溶液中,他發(fā)現(xiàn)過氧化氫溶液迅速出現(xiàn)了氣泡,于是他對氧化銅在過氧化氫溶液中的作用產(chǎn)生了興趣。
【提出問題】氧化銅在過氧化氫溶液分解過程中起____作用。
【設(shè)計實(shí)驗(yàn)】以生成等體積的氧氣為標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計了下列三組實(shí)驗(yàn)(其他可能影響實(shí)驗(yàn)的因素均忽略,見表1)。
(1)上述實(shí)驗(yàn)應(yīng)測量的“待測數(shù)據(jù)”是收集等體積氧氣所需的" " 。
(2)若實(shí)驗(yàn)②比實(shí)驗(yàn)①的“待測數(shù)據(jù)”更" " " " " " " ""(填“大”或“小”),說明氧化銅能加快過氧化氫的分解速率。
(3)將實(shí)驗(yàn)②反應(yīng)后的剩余物通過過濾、洗滌、干燥的方法分離出氧化銅,若稱得其質(zhì)量為"",說明氧化銅的""在化學(xué)反應(yīng)前后保持不變。再將該黑色粉末放入試管中,加入過氧化氫溶液,若觀察到""",說明黑色粉末的""在化學(xué)反應(yīng)前后保持不變。
(4)氧化銅" " (填“能”或“不能”)作過氧化氫的催化劑。寫出實(shí)驗(yàn)②的文字表達(dá)式" " " " " " """ " 。
(5)實(shí)驗(yàn)②和③則是為了比較" " " "。
(6)上述實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明(")
A.同一種催化劑可以催化不同化學(xué)反應(yīng)
B.同一個化學(xué)反應(yīng)可以有不同的催化劑
◎環(huán)節(jié)五:課堂反饋
師:根據(jù)今天的課堂學(xué)習(xí),你有什么收獲?
生1:催化劑在化學(xué)反應(yīng)中扮演著非常重要的角色,它能夠顯著改變其他參與反應(yīng)的物質(zhì)的反應(yīng)速率。盡管如此,催化劑本身在反應(yīng)過程中既不會被消耗,也不會發(fā)生化學(xué)性質(zhì)上的變化,其質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都保持不變。
生2:在進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)時,我們必須嚴(yán)格控制所有可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變量,只有這樣,我們才能確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過控制變量,我們可以更清晰地觀察到實(shí)驗(yàn)中某一特定因素對結(jié)果的影響。
生3:在實(shí)驗(yàn)室里,我們可以通過分解過氧化氫(H2O2)來制取氧氣。這是一種常見的化學(xué)反應(yīng),通常使用催化劑如二氧化錳(MnO2)來加速反應(yīng)過程,從而高效地生成氧氣。
生4:在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時,我們必須具備條件意識,因?yàn)槲镔|(zhì)在不同的條件下是可以發(fā)生轉(zhuǎn)化的。這意味著,通過改變溫度、壓力、濃度或引入催化劑等條件,我們可以促使物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而生成新的物質(zhì)。
四、實(shí)踐作業(yè)
1.在網(wǎng)頁或視頻APP搜索催化劑的誕生相關(guān)視頻并觀看,了解催化劑的發(fā)展史,體悟科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、探索和創(chuàng)新的精神。
2.探究生活中還有哪些物品可以做過氧化氫溶液分解的催化劑。
【設(shè)計實(shí)驗(yàn)】
a.學(xué)生自行設(shè)計一個實(shí)驗(yàn),探究其他物質(zhì)對過氧化氫分解反應(yīng)的催化作用。
b.學(xué)生需提交實(shí)驗(yàn)方案,包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、步驟、所需材料和預(yù)期結(jié)果。
c.學(xué)生完成自行設(shè)計的實(shí)驗(yàn),并撰寫實(shí)驗(yàn)報告。
d.實(shí)驗(yàn)報告應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)記錄、結(jié)果分析和結(jié)論。
通過實(shí)踐作業(yè),學(xué)生能夠?qū)⒄n堂所學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際問題的解決中,進(jìn)一步提高自身的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。
3.(選做)查閱資料,想象一種新型“催化劑”,形成一篇400字以上的背景分析和使用說明。
4.(選做)通過到圖書館查閱文獻(xiàn)資料或利用網(wǎng)絡(luò)搜索,自選角度了解催化劑的發(fā)展演變史,并形成一篇600字以上的研究報告。(例:《催化劑的歷史演變》《“催化劑”的變化》《催化劑帶來的影響》《古典文學(xué)中的催化劑》等)
其中,1、2為必做作業(yè),3、4任選其一探究完成,實(shí)踐作業(yè)的完成時間為兩周。
五、教學(xué)反思
(一)優(yōu)點(diǎn)
1.本節(jié)課從生活實(shí)際出發(fā),引出過氧化氫溶液,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,教學(xué)效果好。
2.隨堂分組實(shí)驗(yàn)。該環(huán)節(jié)是本課重點(diǎn),既培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動手能力、協(xié)同合作精神,又培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力,初步形成了控制變量對比及反應(yīng)中的條件意識。在授課過程中,教師通過激疑、追問引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、回答問題,培養(yǎng)學(xué)生的思考能力、解決實(shí)際問題的能力以及表達(dá)能力。
3.催化劑概念的形成。該環(huán)節(jié)是本課的難點(diǎn),特別是關(guān)于催化劑在反應(yīng)前后的質(zhì)量不變的教學(xué),以教師課前制作的微視頻加以突破,形象、生動、通俗易懂。
4.課堂反饋。通過學(xué)生談?wù)n堂收獲,并加以練習(xí),學(xué)以致用,能檢測出學(xué)習(xí)效果。利用小組合作的方式,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中相互討論、交流,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的互動性和趣味性。小組成員可以分工合作,分別負(fù)責(zé)不同的實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄,通過團(tuán)隊(duì)合作完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這樣的教學(xué)方式不僅能夠提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,還能夠培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和溝通能力。
(二)不足
在小組討論和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)后的評價環(huán)節(jié)中,教師可以將更多的時間和空間交給學(xué)生,讓學(xué)生對同學(xué)的方案、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等進(jìn)行評價,在生生評價過程中將核心內(nèi)容落地。
總之,本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)不變,重點(diǎn)是改變了教學(xué)方法,采用問題導(dǎo)入式與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合的教學(xué)模式,注重學(xué)生能力的培養(yǎng)和思維的形成過程。本課知識的獲得不是單純地通過一個簡單的演示實(shí)驗(yàn),而是將知識點(diǎn)拆分成了一系列由易到難的問題,引導(dǎo)學(xué)生思考,使學(xué)生的化學(xué)思維逐漸提升,最終自己歸納、總結(jié)學(xué)習(xí)知識。
編輯:陳鮮艷