這篇創(chuàng)新教育教學(xué)論文發(fā)表了一改兩不變特性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計研究，在初中化學(xué)教學(xué)中催化劑是一個很重要的概念，初中教科書是如何對催化劑教學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計的呢?論文探討了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計思路，總結(jié)了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)，用實(shí)驗(yàn)事實(shí)向?qū)W生說明催化劑確實(shí)具有“一改兩不變”的特性。

　　摘要：催化劑是初中化學(xué)的一個重要概念，為了用實(shí)驗(yàn)事實(shí)向?qū)W生說明催化劑確實(shí)具有“一改兩不變”的特性，用青霉素“小藥瓶”作為反應(yīng)容器，讓二氧化錳在“小藥瓶”里催化過氧化氫分解，加熱蒸發(fā)水后稱量二氧化錳和“小藥瓶”質(zhì)量以說明質(zhì)量不變;再利用反應(yīng)后回收的二氧化錳重新進(jìn)行催化實(shí)驗(yàn)，以說明二氧化錳的化學(xué)性質(zhì)不變。

　　關(guān)鍵詞：創(chuàng)新教育教學(xué)論文,二氧化錳,過氧化氫

　　催化劑是初中化學(xué)的一個重要概念，我國現(xiàn)行的各種版本初中化學(xué)教科書對催化劑的定義大同小異，基本內(nèi)容是“在化學(xué)反應(yīng)里能夠改變其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生變化的物質(zhì)叫作催化劑。催化劑又叫觸媒。”從催化劑的定義中可以歸納出催化劑具有“一改兩不變”的特性。教科書都是利用二氧化錳加快過氧化氫分解對催化劑進(jìn)行說明介紹的，其中人教版[1,2]、仁愛版[3]、粵教版[4]都設(shè)計了探究實(shí)驗(yàn)活動以說明二氧化錳的作用。但是，教科書的探究設(shè)計只是說明了“一改”，而“兩不變”并沒有得到實(shí)驗(yàn)事實(shí)的檢驗(yàn)。一些已經(jīng)發(fā)表的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中，也只是重在“一改”，而“兩不變”特性并沒有得到重視。因此，我們對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重新設(shè)計，希望用實(shí)驗(yàn)事實(shí)向?qū)W生說明催化劑確實(shí)具有“一改兩不變”的特性。

　　一、關(guān)于教科書的實(shí)驗(yàn)設(shè)計

　　人教版[1,2]、仁愛版[3]教科書的實(shí)驗(yàn)設(shè)計述評已經(jīng)另文[5]討論了，下面主要討論粵教版[4]教科書的設(shè)計。1.教科書的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(1)取4mL10%的過氧化氫溶液放入試管中，用帶火星的木條實(shí)驗(yàn)。(2)取少量二氧化錳放入試管中，用帶火星的木條實(shí)驗(yàn)。(3)另取4mL10%的過氧化氫溶液放入試管中，加入少量二氧化錳，用帶火星的木條實(shí)驗(yàn)。(4)待步驟(3)的試管內(nèi)的溶液不再放出氣泡時，重新加入4mL10%的過氧化氫溶液，再用帶火星的木條實(shí)驗(yàn)。

　　2.教科書實(shí)驗(yàn)設(shè)計的不足

　　(1)筆者以為，實(shí)驗(yàn)設(shè)計不太嚴(yán)謹(jǐn)，沒有說明過氧化氫受熱能夠緩慢分解的事實(shí)[5]和二氧化錳受熱能不能產(chǎn)生氧氣的問題[6]。

　　(2)使用過氧化氫溶液的濃度太高、數(shù)量太多，導(dǎo)致反應(yīng)太劇烈。

　　(3)放入過氧化氫量多，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)步驟(3)反應(yīng)時間長使實(shí)驗(yàn)步驟(4)的等待時間變長。

　　(4)通過實(shí)驗(yàn)只是說明了“一改”，而“兩不變”并沒有得到實(shí)驗(yàn)事實(shí)的檢驗(yàn)。

　　二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計思路

　　讓二氧化錳在酒精燈火焰上加熱，觀察不到明顯現(xiàn)象也不能讓帶火星木條復(fù)燃，以說明在一般的加熱條件下二氧化錳不能分解產(chǎn)生氧氣。給過氧化氫溶液加熱，觀察到產(chǎn)生一些細(xì)小的氣泡卻不能讓帶火星木條復(fù)燃，說明即使在加熱的條件下過氧化氫的分解也是非常緩慢的。用實(shí)驗(yàn)說明使用少量的二氧化錳就能夠讓過氧化氫在常溫下迅速分解出氧氣。通過在二氧化錳中多次滴加過氧化氫溶液都能夠產(chǎn)生氧氣，二氧化錳沒有看到減少，說明消耗的是過氧化氫。把水蒸發(fā)后回收二氧化錳并稱其質(zhì)量，以證明二氧化錳的質(zhì)量確實(shí)沒有變化。用回收的二氧化錳重新催化過氧化氫的分解仍然有效，以證明二氧化錳的化學(xué)性質(zhì)沒有變化。

　　三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計

　　1.實(shí)驗(yàn)用品酒精燈1盞、坩堝鉗1把、石棉網(wǎng)2張、三腳架1個、托盤天平(或電子天平)1臺、5cm高容積10mL注射用青霉素(或頭孢類)小藥瓶(以下簡稱“小藥瓶”)3個、膠頭滴管3支、小木條1根、30%過氧化氫溶液1瓶、蒸餾水1瓶、干燥二氧化錳粉末1瓶等。2.實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果(1)稱取大約0.1g干燥二氧化錳放入“小藥瓶”里，用坩堝鉗夾住“小藥瓶”口一邊傾斜在酒精燈火焰上加熱大約3min，用帶火星的木條伸入瓶里。觀察到帶火星木條不能復(fù)燃。由此說明，在一般的加熱條件下，二氧化錳不能分解產(chǎn)生氧氣。冷卻后，將“小藥瓶”和二氧化錳一起放在托盤天平(或電子天平)上稱量。總質(zhì)量是18.0g。

　　(2)在“小藥瓶”里滴入8滴蒸餾水，接著滴入2滴30%過氧化氫溶液，用坩堝鉗夾住“小藥瓶”口一邊傾斜在酒精燈火焰上方加熱，不要讓溶液沸騰。觀察到溶液產(chǎn)生一些細(xì)的小氣泡。用帶火星的木條伸入瓶里。觀察到帶火星木條不能復(fù)燃。說明過氧化氫加熱能夠緩慢地分解產(chǎn)生氣體，但是速度太慢，產(chǎn)氣太少。

　　(3)把步驟(2)中“小藥瓶”里冷卻的過氧化氫稀溶液倒入步驟(1)中冷卻后的“小藥瓶”里，讓二氧化錳跟過氧化氫溶液混合。觀察到產(chǎn)生大量氣泡。說明二氧化錳跟過氧化氫溶液混合能夠產(chǎn)生大量氣體。5秒鐘左右再滴入1滴30%過氧化氫溶液。觀察到又產(chǎn)生大量氣泡。說明反應(yīng)消耗掉的是過氧化氫。迅速用帶火星的木條伸入瓶里。觀察到帶火星木條復(fù)燃。說明反應(yīng)生成的氣體是氧氣。

　　(4)在三腳架上放一張石棉網(wǎng)(稍微傾斜呈15°左右)，把步驟(3)中“小藥瓶”放在傾斜的石棉網(wǎng)上加熱。注意小火加熱，不要讓液體劇烈沸騰，防止二氧化錳隨水飛濺出來。觀察到水蒸干后二氧化錳附在“小藥瓶”內(nèi)壁上。冷卻后，將“小藥瓶”和二氧化錳一起放在托盤天平(或電子天平)上稱量，總質(zhì)量是18.0g，與(1)相同。以此說明“小藥瓶”里二氧化錳的質(zhì)量沒有改變。

　　(5)往步驟(4)中冷卻后的“小藥瓶”和二氧化錳里滴入8滴蒸餾水，輕輕振蕩，讓二氧化錳盡量分散在“小藥瓶”底部，滴入1滴30%過氧化氫溶液。觀察到產(chǎn)生大量氣泡。說明“小藥瓶”里的二氧化錳仍然具有使過氧化氫分解產(chǎn)生氣體的性質(zhì)。5秒鐘左右再滴入1滴30%過氧化氫溶液。觀察到產(chǎn)生大量氣泡。迅速用帶火星的木條伸入瓶里。觀察到帶火星木條復(fù)燃。說明反應(yīng)生成的氣體是氧氣。實(shí)驗(yàn)設(shè)計的現(xiàn)象說明：一般加熱條件下不分解產(chǎn)生氧氣的二氧化錳具有使加熱條件下才能緩慢放出氧氣的過氧化氫在常溫下迅速地分解產(chǎn)生氧氣的能力，二氧化錳需要的量很少，在反應(yīng)以后，二氧化錳的質(zhì)量沒有變化，化學(xué)性質(zhì)沒有變化。

　　四、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)

　　(1)使用“小藥瓶”作為反應(yīng)容器屬廢物利用，是對學(xué)生進(jìn)行“物盡其用”教育的生動的現(xiàn)實(shí)事例。

　　(2)反應(yīng)容器小，需要的藥品少，節(jié)約又環(huán)保。

　　(3)反應(yīng)容器能夠自立，使實(shí)驗(yàn)操作過程簡單明了。直接使用市場銷售的30%過氧化氫溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，減少了稀釋帶來的一系列不必要的麻煩。

　　(4)實(shí)驗(yàn)時先加水后滴入過氧化氫溶液，使過氧化氫先被稀釋后再跟二氧化錳接觸才被分解，反應(yīng)劇烈程度降低。由于又有相對較多的水吸收熱量，因此反應(yīng)出現(xiàn)的水蒸氣相對減少，檢驗(yàn)氧氣效果好。

　　(5)反應(yīng)使用和生成的水很少，可以控制在10滴左右，讓實(shí)驗(yàn)可以在比較短的時間內(nèi)把水蒸發(fā)掉而得到干燥的二氧化錳，為稱量二氧化錳和利用反應(yīng)后的二氧化錳重新實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

　　(6)通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有力地說明了催化劑“一改兩不變”的特性。

　　(7)實(shí)驗(yàn)設(shè)計可以作為教師的演示實(shí)驗(yàn)，也可以作為學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)活動，城市學(xué)校與鄉(xiāng)村學(xué)校都可以推廣使用。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王晶,鄭長龍.義務(wù)教育教科書•化學(xué)•九年級•上冊[M].北京:人民教育出版社,2012.

　　[2]王晶.義務(wù)教育教科書:五•四學(xué)制•化學(xué)•八年級•全一冊[M].北京:人民教育出版社,2012.

　　[3]沈怡文,陳德余.義務(wù)教育教科書•化學(xué)•九年級•上冊[M].北京:科學(xué)普及出版社，2012,122

　　[4]江琳才.義務(wù)教育教科書•化學(xué)•九年級•上冊[M].北京:科學(xué)出版社,2012.

　　[5]潘國榮.過氧化氫被二氧化錳催化分解實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2014(2):39-40.

　　[6]潘國榮.二氧化錳對氯酸鉀分解催化作用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2014(6):36-37.

　　作者：潘國榮 白顯圣

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