高中化學 《實驗化學》催化劑對過氧化氫分解反應速率的影響 蘇教選修6

實驗課題深度研究

專題4化學反應條件的控制

課題2:催化劑對過氧化氫分解反應速率的影響

.

一、課程標準相關要求

《實驗化學》模塊是6個選修模塊其中之一，是普通高中化學課程的重要組成部分。設置該課程模塊有助于學生更深刻地認識實驗在化學科學中的地位，掌握基本的化學實驗方法和技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。實驗化學模塊教材十分注重引導學生運用化學原理理解化學實驗技術的內(nèi)涵與操作要求，理論與實踐相結(jié)合。.化學實驗是化學科學賴以產(chǎn)生和發(fā)展的基礎，以實驗為基礎是化學學科重要特征之一，為充分體現(xiàn)化學實驗的功能，高中化學新課程專門設置了“實驗化學”這個選修模塊。

.通過本模塊的學習，學生應主要在以下幾個方面得到發(fā)展：1、認識化學實驗是學習化學知識、解決生產(chǎn)和生活中的實際問題的重要途徑和方法；2、掌握基本的化學實驗方法和技能，了解現(xiàn)代儀器在物質(zhì)的組成、結(jié)構和性質(zhì)研究中的應用；了解化學實驗研究的一般過程，初步形成運用化學實驗解決問題的能力；過程與方法：知識與技能：.通過本模塊的學習，學生應主要在以下幾個方面得到發(fā)展：1、認識化學實驗是學習化學知識、解決生產(chǎn)和生活中的實際問題的重要途徑和方法；2、掌握基本的化學實驗方法和技能，了解現(xiàn)代儀器在物質(zhì)的組成、結(jié)構和性質(zhì)研究中的應用；3、了解化學實驗研究的一般過程，初步形成運用化學實驗解決問題的能力；4、形成實事求是、嚴謹細致的科學態(tài)度，具有批判精神和創(chuàng)新意識；5、形成綠色化學的觀念，強化實驗安全意識。.該模塊又分成二個主題，分別為“化學實驗基礎”和“化學實驗探究”。

通過化學實驗探究，要求學生能達到以下幾方面要求：

①能發(fā)現(xiàn)學習和生產(chǎn)、生活中的意義的化學問題，并進行實驗探究。②能根據(jù)具體情況設計解決化學問題的實驗方案，并予以評價和優(yōu)化。③能通過化學實驗收集有關數(shù)據(jù)，并科學地加以處理。④能對實驗現(xiàn)象做出合理的解釋，運用比較、歸納、分析、綜合等方法初步揭示化學變化的規(guī)律。

.二、本實驗基本原理及其在實驗化學中的地位

傳統(tǒng)教材：實驗目的→實驗原理→實驗用品→實驗步驟→實驗記錄→問題與討論

新教材：知識預備→課題方案設計→記錄與結(jié)論→交流討論

.功能：1、將各知識性欄目穿插在課題的各部分內(nèi)容中，使學生的知識目標和實驗技能目標有機地整合在每一個課題中。2、實驗已非純粹的實驗，而是一個內(nèi)涵豐富的課題，通過對課題的學習，學生將會在化學知識、實驗技能、實驗方法、科學態(tài)度、創(chuàng)新精神與實踐能力等方面得到全面的發(fā)展。

3、充分利用各種教學時機，對學生進行綠色化學、科學態(tài)度等方面的教育，同時注意和現(xiàn)代實驗技術發(fā)展聯(lián)系起來，開拓學生的視野，培養(yǎng)學生的情操。

.課題研究時要考慮的問題：1、試劑的純度、濃度、溫度、催化劑、固體顆粒的大小、容器底面積大小等各種因素對化學反應的速率及其結(jié)果有著重要的影響。

2、實驗裝置的設計、反應物的濃度、反應的溫度、是否要加催化劑或選用的催化劑種類及其用量等。3、化學實驗的本質(zhì)就是在有條件控制下發(fā)生的化學變化。

.實驗探究活動的目的：1、通過實驗探究活動，掌握基本的化學實驗技能和方法。2、體驗實驗探究的基本過程，認識實驗在化學科學研究和化學學習中的重要作用，提高化學實驗能力

3、為了幫助學生學習一些重要的科學方法，形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度

.4、通過對反應條件的選擇及控制來體驗探究問題、解決問題的過程，從而培養(yǎng)學生的綜合能力。

5、通過對“催化劑對過氧化氫分解反應速率的影響”課題及其相關拓展課題的研究來了解化學反應條件控制的重要性，并初步學習和認識控制某些反應條件的有效方法，形成一定的實驗研究能力。

.本研究課題的實驗方法：“催化劑對過氧化氫分解反應速率的影響”課題是通過比較不同的催化劑對過氧化氫分解速率的影響的差異，從中認識到催化劑的種類、用量及其性狀的選擇對實驗效果的影響，同時通過對實驗現(xiàn)象的觀察、對比和分析，加深學生對化學反應條件控制的重要性的認識。

.三、實驗操作要點及主要實驗現(xiàn)象

課題方案設計：1、同一催化劑不同的狀態(tài)對化學反應速率的影響，采用MnO2作催化劑，用類比的方法進行實驗，用粉末狀和顆粒狀兩種，且采取不振蕩和振蕩二種形式，催化劑的用量均取0.1g。.2、用不同的催化劑對化學反應速率的影響，采用CuO、活性炭、FeCl3、KI等作H2O2分解的催化劑，各物質(zhì)的用量均取0.1g。3、實驗裝置可按教材P（49）圖4-4所示組裝。實驗時，在50ml量筒中盛滿水，倒置于水槽中，通過分液漏斗把5ml6%H2O2溶液加入錐形瓶中，記錄各時間段收集到的氧氣的體積。.實驗一：以二氧化錳作催化劑，進行三次實驗，其中前2組實驗均使用粉末狀二氧化錳，但由于250ml錐形瓶底部較大，而添加溶液僅為5ml，故反應時接觸面積有差異，第3組實驗使用顆粒狀二氧化錳，對比前二次的粉末狀的二氧化錳。

.實驗一數(shù)據(jù)：催化劑(MnO20.1g)第1組第2組第3組前15s產(chǎn)生氧氣的量（ml）7118前30s產(chǎn)生氧氣的量（ml）92111前45s產(chǎn)生氧氣的量（ml）123518前60s產(chǎn)生氧氣的量（ml）154926..實驗一說明：

第1組：取粉末狀MnO2，滴入H2O2，但僅少量與H2O2接觸。第2組：取粉末狀MnO2，加入H2O2后振蕩，充分接觸。第3組：取顆粒狀MnO2，充分接觸。.實驗結(jié)論：1、同一催化劑在不同顆粒狀態(tài)下催化效率不同。

2、同一催化劑在不同接觸面積條件下催化效率不同。

.實驗二：取用活性炭、氧化銅、氯化鐵和KI作催化劑，均取粉末狀固體（KI除外），每次實驗均取其質(zhì)量0.1g。.實驗二數(shù)據(jù)：催化劑（0.1g）活性炭CuO或Fe2O3FeCl3KI前15s產(chǎn)生氧氣的量（ml）50117前30s產(chǎn)生氧氣的量（ml）801611前45s產(chǎn)生氧氣的量（ml）1102015前60s產(chǎn)生氧氣的量（ml）1502420..實驗二說明：

1、活性炭作催化劑：加入H2O2后，充分振蕩，有氣泡產(chǎn)生，活性炭無變化。2、CuO或Fe2O3作催化劑：加入H2O2后，充分振蕩無明顯現(xiàn)象，CuO不變。3、FeCl3作催化劑：FeCl3易潮，稱量紙上有殘留，加入H2O2后，有氣泡產(chǎn)生且溶液呈棕褐色。4、KI作催化劑：取KI晶體，加入H2O2后，振蕩，溶液顯黃色，有氣泡產(chǎn)生。.用FeCl3作催化劑：.說明：用FeCl3作催化劑時，溶液變成了棕褐色，原因是生成了絡離子：Fe（HO2）2+。.終止：Fe2++OH→Fe3++OH-Fe2++HO2→Fe3++HO2引發(fā)：Fe3++HO2-→Fe2++HO2（超氧酸）

傳遞：Fe2++H2O2→Fe3++OH（羥基）+OH-H2O2+OH（羥基）→HO2+H2OFe3++HO2→Fe2++H++O2-該反應的機理為：.用KI作催化劑：.說明：用KI作催化劑時，溶液顯黃色，原因是在反應時生成了I2單質(zhì)，或進而形成了I3-而引起的。反應原理是：H2O2+2I-+2H+=I2+2H2OI2+H2O2=2I-+2H++O2

.實驗二結(jié)論：1、實驗所選擇的MnO2、活性炭、CuO、FeCl3、KI均能催化雙氧水分解，在同一條件下，MnO2的催化效率最好。2、影響雙氧水分解的催化劑不止一種，可通過實驗去探究。

3、不同催化劑對同一化學反應催化效率不同。

.補充說明：1、該實驗均在同一地點、使用同一裝置完成，實驗所用均為6%的H2O2和質(zhì)量均為0.1g的固體催化劑，實驗時室溫為8℃（對H2O2分解有點偏低）。2、按照教材所講：“還可用CuO、Fe2O3等作H2O2分解的催化劑”，但若在6%的雙氧水中，CuO、Fe2O3的催化效果不明顯，如按教材課題實施，不能收集到氧氣。.3、如改用15%的雙氧水進行實驗，能看到CuO、Fe2O3、Fe3O4有明顯的催化作用，但收集量較少，實驗還不是很成功。4、如再改變實驗條件，在微熱條件下，明顯觀察到CuO、Fe2O3對H2O2有較好的催化作用，故本實驗在室溫較低條件下不宜選用CuO、Fe2O3作催化劑來完成教材實驗。.四、實驗注意事