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化学是一门以实验为基础的实用学科,化学学科的核心素养是化学学科最基本的科学素质,培育学生化学核心素养,开展以“素养为本”的教学是新时期化学课程与教学改革的新要求。过氧化氢分解反应在初、高中教材中有不同层次的体现,是很有价值的教学素材,在教学设计和实施过程中,笔者有意识地渗透和发展学生的化学学科核心素养。
一、过氧化氢分解反应在初中教学中的实践
人教版九年级化学上册课题3“制取氧气”中,介绍了过氧化氢分解可以制氧气,并探究了“分解过氧化氢制氧气反应中二氧化锰的作用”。下面是笔者在教学中的课堂教学实录。
[演示实验] 按照教材中的实验设计做实验。
[学生]观察现象后,得到过氧化氢分解生成氧气,放出热量,二氧化锰是该反应的催化剂的结论。
设计意图:让学生认识到化学变化中有新物质生成的同时伴随能量变化,从物质变化和能量变化两个角度认识化学反应,初步建立“变化观念”。
[教师] 二氧化锰中也含有氧元素,过氧化氢是反应物的证据是什么?二氧化锰是催化剂的证据又是什么?
经过分析,学生意识到获得“过氧化氢生成氧气,二氧化锰是该反应的催化剂”的结论缺乏证据,讨论后,设计了新实验方案:
实验1:
图 1
[学生] 通过A、B、C三个实验对比,证明过氧化氢是反应物;并且加热或加入二氧化锰都可以加速过氧化氢分解,提高反应速率。
实验2:
[教师] 评价实验2的方案在实际中是否可行?
[学生评价] 该设计步骤较多,过程中二氧化锰损失会比较多,误差大,结果不准确。
[教师] 同学们的方案是从溶液中提取二氧化锰,如果换角度思维,反过来,将混合物中的液体水分离出来不也能达到目的吗?
经过教师引导、师生共同讨论,设计实验方案如下:
(1)准确称量二氧化锰和表面皿的总质量,并记录;
(2)在二氧化锰表面滴加1ml 5%过氧化氢溶液至不再有气体生成;
(3)小火加热至表面皿中的液体完全蒸发,冷却至室温; 图 2
(4)再次准确称量固体和表面皿的总质量,与(1)比较;
(5)重复步骤(2)、(3)、(4)2次。
(6)将最后所得固体放入试管,加入5%过氧化氢溶液,把带火星的木条伸入试管,观察现象。
通过实验,学生发现黑色固体(二氧化锰)的质量和性质在反应前后没有变化,并且可以提高过氧化氢分解的速率,得到了“二氧化锰是过氧化氢分解反应的催化剂”这个结论。
通过对“过氧化氢是否是反应物”以及“二氧化锰是否是催化剂”的探究,发展了学生“证据推理、模型认知”的核心素养。问题“二氧化锰中也含有氧元素,你认为过氧化氢是反应物的依据是什么”, 帮助学生建立良好的“元素观”、“微粒观”、“守恒观”,发展学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养,为学生顺利进入高中学习打下良好基础。
二、过氧化氢分解反应高中教学中的实践
人教版选修2第二章第三节“化学反应的速率和限度”、选修4第二章第二节“影响化学反应的因素”中,以过氧化氢分解反应为例讲述了影响化学反应速率的因素及规律。在教学中,笔者做了一些探索,设计了以下教学环节。
[任务1]设计实验测定过氧化氢分解反应的速率。
[学生]利用“测量锌与硫酸溶液反应速率”的装置(图3)。
[质疑]过氧化氢溶液滴入锥形瓶后,会占据一部分体积,是否会对氧气体积的测定产生一定误差?
经过师生进一步讨论,将实验装置做了改进(圖4)
[问题]可以通过测定哪些量确定化学反应的速率?
[学生]可以通过测定收集一定体积氧气所需的时间,或测定一段时间内收集到氧气的体积来求出化学反应速率。
[任务2]现有3%、5%H2O2溶液,MnO2(粉末状),设计实验方案研究外界条件对过氧化氢分解反应速率影响规律。
[教师]影响速率的条件有哪些?用什么方法研究?将这些因素设计在一个表格中。
[学生]影响该反应速率的因素有:H2O2溶液浓度、温度、MnO2的质量。
学生讨论、评价、改进实验方案。
[任务3] 将装置进一步优化,用上面“图5”所示的实验装置进行实验,记录数据,并对实验结果进行讨论。
[学生]分成小组完成实验并记录数据。
[教师]选取不同的实验进行比较分析,可以获得哪些结论?每个小组根据测定的数据,画出V( O2 )—t 图像。
学生做出图像后,发现有些数据偏离曲线。于是,教师提示大家分析产生误差的原因。经过讨论,学生一致认为产生的误差原因有一是气体体积和秒表的读数有误差;二是气泡的大小不均匀会造成误差;三是研究温度影响速率的实验时,实验前把药品预热时,部分过氧化氢分解,造成误差。
三、结语
为了使学生更好地由初中向高中过渡,更好地落实“化学学科核心素养”,笔者努力摸索,在初中阶段,注重培养学生的兴趣、了解科学探究的一般过程和方法,培养学生的创新意识、定量意识、严谨的科学态度。高中阶段,帮助学生形成研究外界条件对化学反应速率影响规律的思维、实践框架,不断促进具有化学特质的核心素养的发展。
一、过氧化氢分解反应在初中教学中的实践
人教版九年级化学上册课题3“制取氧气”中,介绍了过氧化氢分解可以制氧气,并探究了“分解过氧化氢制氧气反应中二氧化锰的作用”。下面是笔者在教学中的课堂教学实录。
[演示实验] 按照教材中的实验设计做实验。
[学生]观察现象后,得到过氧化氢分解生成氧气,放出热量,二氧化锰是该反应的催化剂的结论。
设计意图:让学生认识到化学变化中有新物质生成的同时伴随能量变化,从物质变化和能量变化两个角度认识化学反应,初步建立“变化观念”。
[教师] 二氧化锰中也含有氧元素,过氧化氢是反应物的证据是什么?二氧化锰是催化剂的证据又是什么?
经过分析,学生意识到获得“过氧化氢生成氧气,二氧化锰是该反应的催化剂”的结论缺乏证据,讨论后,设计了新实验方案:
实验1:
图 1
[学生] 通过A、B、C三个实验对比,证明过氧化氢是反应物;并且加热或加入二氧化锰都可以加速过氧化氢分解,提高反应速率。
实验2:
[教师] 评价实验2的方案在实际中是否可行?
[学生评价] 该设计步骤较多,过程中二氧化锰损失会比较多,误差大,结果不准确。
[教师] 同学们的方案是从溶液中提取二氧化锰,如果换角度思维,反过来,将混合物中的液体水分离出来不也能达到目的吗?
经过教师引导、师生共同讨论,设计实验方案如下:
(1)准确称量二氧化锰和表面皿的总质量,并记录;
(2)在二氧化锰表面滴加1ml 5%过氧化氢溶液至不再有气体生成;
(3)小火加热至表面皿中的液体完全蒸发,冷却至室温; 图 2
(4)再次准确称量固体和表面皿的总质量,与(1)比较;
(5)重复步骤(2)、(3)、(4)2次。
(6)将最后所得固体放入试管,加入5%过氧化氢溶液,把带火星的木条伸入试管,观察现象。
通过实验,学生发现黑色固体(二氧化锰)的质量和性质在反应前后没有变化,并且可以提高过氧化氢分解的速率,得到了“二氧化锰是过氧化氢分解反应的催化剂”这个结论。
通过对“过氧化氢是否是反应物”以及“二氧化锰是否是催化剂”的探究,发展了学生“证据推理、模型认知”的核心素养。问题“二氧化锰中也含有氧元素,你认为过氧化氢是反应物的依据是什么”, 帮助学生建立良好的“元素观”、“微粒观”、“守恒观”,发展学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养,为学生顺利进入高中学习打下良好基础。
二、过氧化氢分解反应高中教学中的实践
人教版选修2第二章第三节“化学反应的速率和限度”、选修4第二章第二节“影响化学反应的因素”中,以过氧化氢分解反应为例讲述了影响化学反应速率的因素及规律。在教学中,笔者做了一些探索,设计了以下教学环节。
[任务1]设计实验测定过氧化氢分解反应的速率。
[学生]利用“测量锌与硫酸溶液反应速率”的装置(图3)。
[质疑]过氧化氢溶液滴入锥形瓶后,会占据一部分体积,是否会对氧气体积的测定产生一定误差?
经过师生进一步讨论,将实验装置做了改进(圖4)
[问题]可以通过测定哪些量确定化学反应的速率?
[学生]可以通过测定收集一定体积氧气所需的时间,或测定一段时间内收集到氧气的体积来求出化学反应速率。
[任务2]现有3%、5%H2O2溶液,MnO2(粉末状),设计实验方案研究外界条件对过氧化氢分解反应速率影响规律。
[教师]影响速率的条件有哪些?用什么方法研究?将这些因素设计在一个表格中。
[学生]影响该反应速率的因素有:H2O2溶液浓度、温度、MnO2的质量。
学生讨论、评价、改进实验方案。
[任务3] 将装置进一步优化,用上面“图5”所示的实验装置进行实验,记录数据,并对实验结果进行讨论。
[学生]分成小组完成实验并记录数据。
[教师]选取不同的实验进行比较分析,可以获得哪些结论?每个小组根据测定的数据,画出V( O2 )—t 图像。
学生做出图像后,发现有些数据偏离曲线。于是,教师提示大家分析产生误差的原因。经过讨论,学生一致认为产生的误差原因有一是气体体积和秒表的读数有误差;二是气泡的大小不均匀会造成误差;三是研究温度影响速率的实验时,实验前把药品预热时,部分过氧化氢分解,造成误差。
三、结语
为了使学生更好地由初中向高中过渡,更好地落实“化学学科核心素养”,笔者努力摸索,在初中阶段,注重培养学生的兴趣、了解科学探究的一般过程和方法,培养学生的创新意识、定量意识、严谨的科学态度。高中阶段,帮助学生形成研究外界条件对化学反应速率影响规律的思维、实践框架,不断促进具有化学特质的核心素养的发展。