一改两不变特性实验创新设计研究

　　这篇创新教育教学论文发表了一改两不变特性实验创新设计研究，在初中化学教学中催化剂是一个很重要的概念，初中教科书是如何对催化剂教学进行实验设计的呢?论文探讨了改进实验的设计思路，总结了改进实验创新设计的优点，用实验事实向学生说明催化剂确实具有“一改两不变”的特性。

　　摘要：催化剂是初中化学的一个重要概念，为了用实验事实向学生说明催化剂确实具有“一改两不变”的特性，用青霉素“小药瓶”作为反应容器，让二氧化锰在“小药瓶”里催化过氧化氢分解，加热蒸发水后称量二氧化锰和“小药瓶”质量以说明质量不变;再利用反应后回收的二氧化锰重新进行催化实验，以说明二氧化锰的化学性质不变。

　　关键词：创新教育教学论文,二氧化锰,过氧化氢

　　催化剂是初中化学的一个重要概念，我国现行的各种版本初中化学教科书对催化剂的定义大同小异，基本内容是“在化学反应里能够改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生变化的物质叫作催化剂。催化剂又叫触媒。”从催化剂的定义中可以归纳出催化剂具有“一改两不变”的特性。教科书都是利用二氧化锰加快过氧化氢分解对催化剂进行说明介绍的，其中人教版[1,2]、仁爱版[3]、粤教版[4]都设计了探究实验活动以说明二氧化锰的作用。但是，教科书的探究设计只是说明了“一改”，而“两不变”并没有得到实验事实的检验。一些已经发表的实验改进中，也只是重在“一改”，而“两不变”特性并没有得到重视。因此，我们对实验进行了重新设计，希望用实验事实向学生说明催化剂确实具有“一改两不变”的特性。

　　一、关于教科书的实验设计

　　人教版[1,2]、仁爱版[3]教科书的实验设计述评已经另文[5]讨论了，下面主要讨论粤教版[4]教科书的设计。1.教科书的实验设计(1)取4mL10%的过氧化氢溶液放入试管中，用带火星的木条实验。(2)取少量二氧化锰放入试管中，用带火星的木条实验。(3)另取4mL10%的过氧化氢溶液放入试管中，加入少量二氧化锰，用带火星的木条实验。(4)待步骤(3)的试管内的溶液不再放出气泡时，重新加入4mL10%的过氧化氢溶液，再用带火星的木条实验。

　　2.教科书实验设计的不足

　　(1)笔者以为，实验设计不太严谨，没有说明过氧化氢受热能够缓慢分解的事实[5]和二氧化锰受热能不能产生氧气的问题[6]。

　　(2)使用过氧化氢溶液的浓度太高、数量太多，导致反应太剧烈。

　　(3)放入过氧化氢量多，导致实验步骤(3)反应时间长使实验步骤(4)的等待时间变长。

　　(4)通过实验只是说明了“一改”，而“两不变”并没有得到实验事实的检验。

　　二、改进实验的设计思路

　　让二氧化锰在酒精灯火焰上加热，观察不到明显现象也不能让带火星木条复燃，以说明在一般的加热条件下二氧化锰不能分解产生氧气。给过氧化氢溶液加热，观察到产生一些细小的气泡却不能让带火星木条复燃，说明即使在加热的条件下过氧化氢的分解也是非常缓慢的。用实验说明使用少量的二氧化锰就能够让过氧化氢在常温下迅速分解出氧气。通过在二氧化锰中多次滴加过氧化氢溶液都能够产生氧气，二氧化锰没有看到减少，说明消耗的是过氧化氢。把水蒸发后回收二氧化锰并称其质量，以证明二氧化锰的质量确实没有变化。用回收的二氧化锰重新催化过氧化氢的分解仍然有效，以证明二氧化锰的化学性质没有变化。

　　三、改进实验的创新设计

　　1.实验用品酒精灯1盏、坩埚钳1把、石棉网2张、三脚架1个、托盘天平(或电子天平)1台、5cm高容积10mL注射用青霉素(或头孢类)小药瓶(以下简称“小药瓶”)3个、胶头滴管3支、小木条1根、30%过氧化氢溶液1瓶、蒸馏水1瓶、干燥二氧化锰粉末1瓶等。2.实验方法与结果(1)称取大约0.1g干燥二氧化锰放入“小药瓶”里，用坩埚钳夹住“小药瓶”口一边倾斜在酒精灯火焰上加热大约3min，用带火星的木条伸入瓶里。观察到带火星木条不能复燃。由此说明，在一般的加热条件下，二氧化锰不能分解产生氧气。冷却后，将“小药瓶”和二氧化锰一起放在托盘天平(或电子天平)上称量。总质量是18.0g。

　　(2)在“小药瓶”里滴入8滴蒸馏水，接着滴入2滴30%过氧化氢溶液，用坩埚钳夹住“小药瓶”口一边倾斜在酒精灯火焰上方加热，不要让溶液沸腾。观察到溶液产生一些细的小气泡。用带火星的木条伸入瓶里。观察到带火星木条不能复燃。说明过氧化氢加热能够缓慢地分解产生气体，但是速度太慢，产气太少。

　　(3)把步骤(2)中“小药瓶”里冷却的过氧化氢稀溶液倒入步骤(1)中冷却后的“小药瓶”里，让二氧化锰跟过氧化氢溶液混合。观察到产生大量气泡。说明二氧化锰跟过氧化氢溶液混合能够产生大量气体。5秒钟左右再滴入1滴30%过氧化氢溶液。观察到又产生大量气泡。说明反应消耗掉的是过氧化氢。迅速用带火星的木条伸入瓶里。观察到带火星木条复燃。说明反应生成的气体是氧气。

　　(4)在三脚架上放一张石棉网(稍微倾斜呈15°左右)，把步骤(3)中“小药瓶”放在倾斜的石棉网上加热。注意小火加热，不要让液体剧烈沸腾，防止二氧化锰随水飞溅出来。观察到水蒸干后二氧化锰附在“小药瓶”内壁上。冷却后，将“小药瓶”和二氧化锰一起放在托盘天平(或电子天平)上称量，总质量是18.0g，与(1)相同。以此说明“小药瓶”里二氧化锰的质量没有改变。

　　(5)往步骤(4)中冷却后的“小药瓶”和二氧化锰里滴入8滴蒸馏水，轻轻振荡，让二氧化锰尽量分散在“小药瓶”底部，滴入1滴30%过氧化氢溶液。观察到产生大量气泡。说明“小药瓶”里的二氧化锰仍然具有使过氧化氢分解产生气体的性质。5秒钟左右再滴入1滴30%过氧化氢溶液。观察到产生大量气泡。迅速用带火星的木条伸入瓶里。观察到带火星木条复燃。说明反应生成的气体是氧气。实验设计的现象说明：一般加热条件下不分解产生氧气的二氧化锰具有使加热条件下才能缓慢放出氧气的过氧化氢在常温下迅速地分解产生氧气的能力，二氧化锰需要的量很少，在反应以后，二氧化锰的质量没有变化，化学性质没有变化。

　　四、改进实验创新设计的优点

　　(1)使用“小药瓶”作为反应容器属废物利用，是对学生进行“物尽其用”教育的生动的现实事例。

　　(2)反应容器小，需要的药品少，节约又环保。

　　(3)反应容器能够自立，使实验操作过程简单明了。直接使用市场销售的30%过氧化氢溶液进行实验，减少了稀释带来的一系列不必要的麻烦。

　　(4)实验时先加水后滴入过氧化氢溶液，使过氧化氢先被稀释后再跟二氧化锰接触才被分解，反应剧烈程度降低。由于又有相对较多的水吸收热量，因此反应出现的水蒸气相对减少，检验氧气效果好。

　　(5)反应使用和生成的水很少，可以控制在10滴左右，让实验可以在比较短的时间内把水蒸发掉而得到干燥的二氧化锰，为称量二氧化锰和利用反应后的二氧化锰重新实验奠定了基础。

　　(6)通过实验现象，有力地说明了催化剂“一改两不变”的特性。

　　(7)实验设计可以作为教师的演示实验，也可以作为学生的探究实验活动，城市学校与乡村学校都可以推广使用。

　　参考文献

　　[1]王晶,郑长龙.义务教育教科书•化学•九年级•上册[M].北京:人民教育出版社,2012.

　　[2]王晶.义务教育教科书:五•四学制•化学•八年级•全一册[M].北京:人民教育出版社,2012.

　　[3]沈怡文,陈德余.义务教育教科书•化学•九年级•上册[M].北京:科学普及出版社，2012,122

　　[4]江琳才.义务教育教科书•化学•九年级•上册[M].北京:科学出版社,2012.

　　[5]潘国荣.过氧化氢被二氧化锰催化分解实验的创新设计[J].中国现代教育装备,2014(2):39-40.

　　[6]潘国荣.二氧化锰对氯酸钾分解催化作用实验创新设计[J].教学仪器与实验,2014(6):36-37.

　　作者：潘国荣 白显圣

　　推荐阅读：《孝感学院学报》是由湖北省教育厅主管，孝感学院主办的综合性学术理论刊物。双月刊。创刊于1981年，原名为《武汉师院孝感分院学报》。

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