以Fe3+催化过氧化氢分解机理为例的项目式学习

重视学生化学学科核心素养培育的实验创新以Fe3+催化过氧化氢分解机理为例的项目式学习学校：贵州省实验中学教师：罗明勋（高中化学）实验教学目标（1）通过对实验装置设计方案的交流与点评，诊断并发展学生的实验探究水平（定性水平）。（2）通过对Fe3+催化过氧化氢分解时中间体的感知与分析，诊断并发展学生对催化分解过程反应原理的认识进阶（宏观现象、微观认识）以及认识思路的结构化水平（视角水平、内涵水平）。（3）基于已有的实验结论、结合学生已有的化学知识水平，进一步推知反应过程的中间产物并设计数字实验进行验证，诊断并发展学生对化学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角、学科和社会价值视角）。目录CONTENTS1问题的提出——催化剂之惑2追踪中间体——检验二价铁3完善催化机理——关注pH的变化问题的提出催化剂之惑01学生对催化剂的认知与困惑催化剂初中：催化剂可以加快化学反应，在反应前后质量和性质不变印象与困惑：◆神秘（如点金石）◆不参加反应◆催化剂如何改变反应的路径？选修4：催化剂能加快反应速率，是因为它能改变反应的路径，降低反应的活化能观察过氧化氢在不同催化剂下的分解不催化MnO2催化Fe3+催化催化剂2H2O22H2O+O2↑==向30mLFeCl3溶液中加入5mL过氧化氢时，溶液迅速转化成蓝紫色探究Fe3+催化过氧化氢分解时的转化途径观察讨论设计实验现象

：FeCl3溶液的颜色由黄色立即转变为蓝紫色，溶液中生成气泡并逐渐加快，当不再生成气泡时溶液恢复黄色猜想一：

催化剂参与了化学反应，Fe3+可能被还原为了低价态的Fe2+,也可能被氧化成了高价态的未知离子猜想二：过氧化氢的分解是分步骤进行的，催化剂通过参与反应而改变了反应的路径追踪中间体检验二价铁02取反应中的溶液加铁氰化钾取反应后的溶液加铁氰化钾用烧杯取30mL1mol/L的FeCl3溶液；另取少量加入试管1，滴加铁氰化钾溶液向烧杯中加入5mL15%的过氧化氢溶液待溶液变色，立即取少量加入试管2，滴加铁氰化钾溶液待溶液中不再有气泡，再取少量加入试管3，滴加铁氰化钾溶液实验设计一Fe3+催化H2O2分解机理的初步分析实验结论实验现象实验对比图片催化过程分析Fe3++H2O2Fe2++未知物质Fe3++H2O+O2反应物产物中间体①②③分析研讨催化过程的反应原理小结研讨实验设计

研讨根据氧化还原反应的理论，用方程式表示第一步：2Fe3++H2O2=2Fe2++O2+2H+第二步：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O小结

加入Fe3+作为催化剂后，过氧化氢的分解是分两步进行的实验设计基于现象分析两步反应的速率是不同的，则反应过程中H+的改变会影响溶液的pH大小完善催化机理关注pH的变化03MnO2作催化剂实验设计二用烧杯取30mL1mol/L的FeCl3溶液；将pH传感器置于溶液中，记录初始pH分别向烧杯中加入3mL/5mL/7mL10%的过氧化氢溶液每间隔30s记录一次pH，直至pH不再改变数据处理和分析Fe3+催化H2O2分解过程中溶液的pH变化数据记录实验装置记录溶液pH变化分组实验数据时间/s第一组第二组第三组01.351.351.35301.211.151.11601.081.040.99900.930.910.891200.910.860.811500.930.910.851800.980.960.92101.0310.952401.071.040.992701.11.081.033001.131.111.073301.161.141.113601.191.171.153901.211.21.194201.231.221.24501.251.241.21最终1.351.371.38数据处理和分析

结论2：加入的过氧化氢的体积越大，则反应速率会加快，pH下降也越多。表明过氧化氢越多，则反应生成的H+浓度更大结论1：

三组实验中溶液的pH数值均先减小，后增大，最终恢复到初始数值。表明H+是反应的中间体拓展应用在上一个实验中，通过溶液颜色变化来判断反应是否完成，依然检测到Fe2+离子；而结合数字实验，待pH恢复初始值，则可以确定反应结束。实验教学总结010203Fe3+作为催化剂，既是反应物，也是生成物；Fe2+和H+是中间体催化剂参加反应反应机理不同催化剂不同催化剂（Fe3+和MnO2）决定了不同的反应路径，则其催化效率也不同第一步：2Fe3++H2O2=2Fe2++O2+2H+第二步：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O总反应：2H2O2==2H2O+O2Fe3+实验教学的组织及创新亮点学生对催化剂的有关概念和其工作原理存在困惑基于学生的问题重视学生活动基于项目式的学习重视数字实验的应用引导学生自主思考、设计、实验充分调动学生已有的化