《催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响》教学设计(浙江省市级优课)x-化学教案

专题4化学反应条件的控制课题2催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响教学设计浙江省乐清中学倪琼双教学目标1认识催化剂对反应速率的影响及原因；学会从控制变量角度进行催化剂的选择。2通过催化剂对过氧化氢分解反应速率影响的实验方法的探讨，认识半定量实验和定量实验是化学研究中的重要研究方法。3通过学生动手实验，养成规范的实验操作技能和实验观察能力。3通过学生分组实验，培养细致、严谨的科学态度和同伴合作精神，和实验数据的分析能力。教学重难点：学生在定量实验中，相同时间段收集到气体体积的数据的获得和分析。【教学过程】[给出主题]教师：今天我们要学习的课题是苏教版《实验化学》专题4化学反应条件的控制之课题2。在这个专题中，我们已经做了课题1有关浓度和温度对反应速率的影响的实验和反应条件对平衡影响的实验。今天我们研究催化剂对化学反应速率的影响。大家知道，催化剂在化学研究中实验一个永恒的课题，在化工生产中一有着非常重要的作用。而在我们考试中，有关催化剂对速率的影响的考题，也是常考的热点。下面，我们来看一道考题，大家讲目光聚焦到催化剂和分解百分率这两行，回答有关问题。问题1、从表中可知，首先进行了“无催化剂”和“有催化剂”的对比，那么有催化剂对该速率有什么影响？全体学生：催化剂加快了反应速率。。追问：为什么催化剂能加快反应速率：学生：催化剂降低了反应的活化能。问题2、为什么控制催化剂等量？学生：实验研究时要控制一个变量。问题3、“有催化剂”时，进行了催化剂种类不同的对比。那么该实验中又是如何比较Cu2+和Fe3+的催化效果的呢？学生：比较相同时间内，过氧化氢的分解百分率。教师：请大家归纳一下，从控制变量的角度，如何选择催化剂。学生边回答，教师边引导补充，边板书。[板书]一、催化剂的选择1、不同种催化剂2、同种催化剂：（1）用量不同（2）颗粒大小不同（3）使用环境不同（设计意图：通过问题1、2让学生解决1、催化剂为什么可以加快反应速率的原因分析；2、实验研究时要注意控制变量，只改变一个变量，所以选择不同的催化剂进行比较时，要控制等量；3、比较催化效果时注意取相同时间段进行比较。然后再引导学生归纳出“从控制变量的角度如何选择催化剂”，体现理论的知识对后续实验的指导）附题目：2017年8月稽阳联谊学校联考化学试题研究不同条件对同体积同浓度的H2O2分解速率的影响，得到如下结果:序号123pH7711温度/℃959550反应时间/h131催化剂（等量）无Cu2+Fe3+无Cu2+Fe3+无Cu2+Fe3+分解百分率（%）0.857.42.61.196.34.835.510095.0问题4：通过什么方法判断过氧化氢分解速率的快慢？学生：可以观察气泡产生的快慢；也可以测相同时间段产生的气体体积或者产生相同体积的气体所需的时间。追问：而过氧化氢的速率等于过氧化氢变化的浓度除以一定时间，为什么这里不直接测双氧水浓度呢？学生：因为这里浓度变化不好测，氧气可以通过排水法收集测定。教师：在实验中可以通过测量反应体系中可测量或易测量的物质的相关物理量的数值，再进行换算，进而确定所比较物质的反应速率。教师：在进行对比实验的时候，我们可以选择如同学们所说的观察气泡产生快慢这样的半定量研究的或者测相同时间段产生的气体体积这样的常规的定量研究方法，也可以采取数字化实验的定量研究。教师边说，边板书。[板书]：二、研究方法的选择1、半定量研究（气泡）2、定量研究：（1）常规方法：相同时间内放出气体的体积放出相同体积气体的时间（2）数字化方法（压强传感器）（设计意图：通过此问，引导学生考虑到，因为这里浓度变化不好测，而氧气体积可测，由此进一步认识到，我们在实验中可以通过测量反应体系中可测量或易测量的物质的相关物理量的数值，再进行换算，进而确定所比较物质的反应速率。然后归纳出实验研究方法。并在接下来的环节中，分别进行分组实验1半定量实验和分组实验2定量实验，体现理论的知识对后续实验的指导）[学生动手实验环节]【分组实验1】实验步骤：取3支试管,分别取0.1克的固体MnO2、CuO、Fe2O3粉末。（约钥匙尖端部位）再各加入1.5毫升10%H2O2溶液。观察现象。（取一滴管溶液）（3）用手摸一摸试管底部，感受温度变化。实验后提问几个问题：哪种催化剂效果最佳？其他两种呢？当肉眼观察气泡现象不明显时，还能判断两者快慢吗？那要采取什么方法呢？（设计意图：分组实验1取三种不同的催化剂（等量）和等量双氧水反应，比较产生气泡的快慢。这是学生在前面归纳出的半定量研究的方法的验证。二氧化锰催化效果明显，这是学生能一致得到的结论。但是对于氧化铜和氧化铁，不同的学生可能会有不同的结论，但是这里主要的目的不是让他们下一个明确的结论，到底是氧化铜催化效果优于氧化铁还是反之，而是想让他们知道，当两者现象区别不明显时，半定量实验有局限性。所以化学研究中更普遍的是进行定量研究。）【分组实验2】实验步骤：左侧同学取含有二氧化锰的滤纸条贴在反应小室一侧内壁。右侧同学取含有猪肝匀浆的滤纸条贴在反应小室一侧内壁。量取3mL10%H2O2溶液，加入反应小室（注意此时不要让溶液接触滤纸条），将反应小室塞紧。（3）将小量筒灌满水倒立于水槽中（注意：让量筒管口一直处于水中）（4）转动反应小室使溶液和滤纸上的猪肝匀浆或二氧化锰接触，反应，排水法收集气体。（装置如图所示）每间隔4秒记录气体体积。时间/s4s48s12s16s20s体积/mL实验数据记录（可不填满，也可自行补充）注意分工：左上方同学负责报时间，右上方同学负责读体积，左下方同学负责拿反应小室，注意防止橡胶管堵塞。右下方同学负责扶稳量筒和记录，注意让量筒要竖直方向。左下方拿反应小室的同学将小室倒转让双氧水和猪肝匀浆(或者二氧化锰）接触，轻轻摇动小室使其充分接触。实验后，请两组同学汇报实验数据（二氧化锰和猪肝实验各一组），记录在黑板上。提问：通过数据，怎么样判断过氧化氢分解的快慢？学生：比较4秒钟收集到的氧气体积的多少。再问：通过这两组数据，你能得出二氧化锰和猪肝，哪个催化效果好吗？为什么？学生：不能。学生：猪肝和二氧化锰用量不知道是否等量。学生：两个体系温度可能不完全相同。学生：可能有读数的误差。再问：如果要比较两者的催化效果，怎样做？学生：控制一个变量。（设计意图：分组实验2，测相同时间段收集氧气的体积，这是这节课的重点，又由于学生缺乏实验经验，所以要比较熟练且快速的获得数据，对学生来说也是有一定难度的，所以也是难点。因此，我采取了以下措施。首先，针对教材上的实验装置进行了改进。教材中采用的是将催化剂装在锥形瓶，用分液漏斗加双氧水，这样随着氧气的产生，瓶内气压增大，双氧水很难加入。且塞锥形瓶需要双孔塞，增加了打孔难度，不利于准备多套仪器用于学生实验。因此，我将锥形瓶改为反应小室，将催化剂包在湿滤纸条中，贴在反应小室一侧内壁，然后再另一侧加双氧水，这样两者事先不接触，塞反应小室的橡胶塞也只需要一个导气孔即可。其次，我对学生进行了明确的实验分工。因为这个实验的关键是学生要能每间隔4秒钟能准确快速的读取收集到的氧气体积数据，这需要学生之间非常默契的配合，所以对于报时、读体积、操控反应开始和记录数据人员进行了详细的分工指导。经过这样指导，小组同学配合较好，都能较好的得到数据。实验数据的分析，也是本节课的重难点。对该实验数据进行分析，让学生再次明确可以通过测相同时间内产生气体的体积来判断速率大小的方法。但是两组数据又无法得出猪肝和二氧化锰哪个催化效果好，因为用量等不同，这样学生可以再次回归到”不同催化剂比较时要控制用量等其他条件相同”、“控制一个变量”的理论知识。让学生能从理论指导的方向分析实验中的问题。）【教师演示数字化实验环节】实验步骤：1、在Y型管一边加入0.1克MnO2，在另一边加入1.2毫升10%H2O2,塞紧管口，连接到压强传感器。2、将Y型管下端放在水浴中，转动Y型管使溶液和MnO2接触反应，同时点击开始记录数据。每间隔2秒采集数据，采集70个数据。绘制成图（如下）教师组装好实验，在采集数据的过程中，向学生简单介绍这套仪器。利用压强传感器，测Y型管内的压强，数据采集器将压强数据传输给电脑。提问：管内压强和什么有关？学生：产生氧气的体积提问：压强数据越大说明什么？学生：说明氧气产生多。说明双氧水分解快。提问：这个数字化方法和哪个类似？学生：定量实验，测相同时间段产生气体体积。教师：但是这里不是直接测氧气体积，而是测压强，可以通过换算，将压强数据换算为氧气体积，再换算成过氧化氢的浓度变化，进而得到速率。再问：这个数字化实验的优点是什么？学生：读数更准，大大减小了人为读数的误差，直接绘制成图，十分方便。【曲线解读】请学生从两个方面分析这条曲线:坐标的意义。2.变化趋势的原因分析。学生：横坐标表示时间，纵坐标表示压强，随着时间的增大，压强增大的趋势先快后慢，说明反应速率先快后慢。学生：反应速率先快后慢是因为双氧水浓度逐渐变小。（再经提示）还有温度升高对速率的影响。（再经提示速率减小）说明到后面浓度减小是主要影响因素。再问：本实验中采取了什么措施尽可能消除温度的影响？学生：将Y型管下端放在水浴中。教师：本实验中温度影响可采取措施控制，但是浓度减小的影响是不可避免的，所以在很多常规反应的作图题中画出的曲线都有变缓的趋势。同学们以后作图时也要注意这点。教师：利用数字化实验也可以同时进行多组实验的比较。图一：同种催化剂（MnO2）用量不同对过氧化氢分解反应速率的影响图二：同种催化剂（氯化铁溶液）浓度不同对过氧化氢分解反应速率的影响P/KPa图t/s图二t/s（设计意图：通过数字化实验，扩宽学生对定量实验研究方法的认识。学生首先要认识到它是定量实验，是对前面提到的定量实验常规方法的延伸。它可通过测定某个相关物理量进行换算，学生要学会分析相关数据。其次学生认识到数字化实验的优点，它更加精细、准确的获得数据，误差更小。所以这个环节也是对分组实验2的一个拓展和延续。再次强化了本节课的重点，突破难点。）教师：接下来我们看一下有关影响H2O2分解速率研究的几组实验曲线图，分别来分析，是什么因素影响的？（图像来自于一道习题中）附习题：2017年第一学期杭州地区重点中学高三化学试题练习：H2O2分解速率受多种因素影响。实验测得70℃时不同条件下H2O2浓度随时间