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一改兩不變特性實驗創新設計研究

來源:網絡|發布時間:2021-03-10|瀏覽次數:
一改兩不變特性實驗創新設計研究 摘要:催化劑是初中化學的一個重要概念,為了用實驗事實向學生說明催化劑確實具有“一改兩不變”的特性,用青霉素“小藥瓶”作為反應容器,讓二氧化錳在“小藥瓶”里催化過氧化氫分解,加熱蒸發水后稱量二氧化錳和“小藥瓶”質量以說明質量不變;再利用反應后回收的二氧化錳重新進行催化實驗,以說明二氧化錳的化學性質不變。

關鍵詞:二氧化錳;催化劑;過氧化氫;“一改兩不變”特性;實驗設計

催化劑是初中化學的一個重要概念,我國現行的各種版本初中化學教科書對催化劑的定義大同小異,基本內容是“在化學反應里能夠改變其他物質的化學反應速率,而本身的質量和化學性質在化學反應前后都沒有發生變化的物質叫作催化劑。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行說明介紹的,其中人教版[1,2]、仁愛版[3]、粵教版[4]都設計了探究實驗活動以說明二氧化錳的作用。但是,教科書的探究設計只是說明了“一改”,而“兩不變”并沒有得到實驗事實的檢驗。一些已經發表的實驗改進中,也只是重在“一改”,而“兩不變”特性并沒有得到重視。因此,我們對實驗進行了重新設計,希望用實驗事實向學生說明催化劑確實具有“一改兩不變”的特性。

一、關于教科書的實驗設計

人教版[1,2]、仁愛版[3]教科書的實驗設計述評已經另文[5]討論了,下面主要討論粵教版[4]教科書的設計。1.教科書的實驗設計(1)取4mL10%的過氧化氫溶液放入試管中,用帶火星的木條實驗。(2)取少量二氧化錳放入試管中,用帶火星的木條實驗。(3)另取4mL10%的過氧化氫溶液放入試管中,加入少量二氧化錳,用帶火星的木條實驗。(4)待步驟(3)的試管內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驗。2.教科書實驗設計的不足(1)筆者以為,實驗設計不太嚴謹,沒有說明過氧化氫受熱能夠緩慢分解的事實[5]和二氧化錳受熱能不能產生氧氣的問題[6]。(2)使用過氧化氫溶液的濃度太高、數量太多,導致反應太劇烈。(3)放入過氧化氫量多,導致實驗步驟(3)反應時間長使實驗步驟(4)的等待時間變長。(4)通過實驗只是說明了“一改”,而“兩不變”并沒有得到實驗事實的檢驗。

二、改進實驗的設計思路

讓二氧化錳在酒精燈火焰上加熱,觀察不到明顯現象也不能讓帶火星木條復燃,以說明在一般的加熱條件下二氧化錳不能分解產生氧氣。給過氧化氫溶液加熱,觀察到產生一些細小的氣泡卻不能讓帶火星木條復燃,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。用實驗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。把水蒸發后回收二氧化錳并稱其質量,以證明二氧化錳的質量確實沒有變化。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性質沒有變化。

三、改進實驗的創新設計

1.實驗用品酒精燈1盞、坩堝鉗1把、石棉網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.實驗方法與結果(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燃。由此說明,在一般的加熱條件下,二氧化錳不能分解產生氧氣。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,潔凈室www.hrjhgs.com,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。觀察到溶液產生一些細的小氣泡。用帶火星的木條伸入瓶里。觀察到帶火星木條不能復燃。說明過氧化氫加熱能夠緩慢地分解產生氣體,但是速度太慢,產氣太少。(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。觀察到產生大量氣泡。說明二氧化錳跟過氧化氫溶液混合能夠產生大量氣體。5秒鐘左右再滴入1滴30%過氧化氫溶液。觀察到又產生大量氣泡。說明反應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燃。說明反應生成的氣體是氧氣。(4)在三腳架上放一張石棉網(稍微傾斜呈15°左右),把步驟(3)中“小藥瓶”放在傾斜的石棉網上加熱。注意小火加熱,不要讓液體劇烈沸騰,凈化工程www.schrjh.com,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,總質量是18.0g,與(1)相同。以此說明“小藥瓶”里二氧化錳的質量沒有改變。(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生氣體的性質。5秒鐘左右再滴入1滴30%過氧化氫溶液。觀察到產生大量氣泡。迅速用帶火星的木條伸入瓶里。觀察到帶火星木條復燃。說明反應生成的氣體是氧氣。實驗設計的現象說明:一般加熱條件下不分解產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生氧氣的能力,二氧化錳需要的量很少,在反應以后,二氧化錳的質量沒有變化,化學性質沒有變化。

四、改進實驗創新設計的優點

(1)使用“小藥瓶”作為反應容器屬廢物利用,是對學生進行“物盡其用”教育的生動的現實事例。(2)反應容器小,需要的藥品少,節約又環保。(3)反應容器能夠自立,使實驗操作過程簡單明了。直接使用市場銷售的30%過氧化氫溶液進行實驗,潔凈室www.hrjhgs.com,減少了稀釋帶來的一系列不必要的麻煩。(4)實驗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,反應劇烈程度降低。由于又有相對較多的水吸收熱量,因此反應出現的水蒸氣相對減少,檢驗氧氣效果好。(5)反應使用和生成的水很少,可以控制在10滴左右,讓實驗可以在比較短的時間內把水蒸發掉而得到干燥的二氧化錳,為稱量二氧化錳和利用反應后的二氧化錳重新實驗奠定了基礎。(6)通過實驗現象,有力地說明了催化劑“一改兩不變”的特性。(7)實驗設計可以作為教師的演示實驗,也可以作為學生的探究實驗活動,城市學校與鄉村學校都可以推廣使用。

參考文獻

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

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

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

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

[5]潘國榮.過氧化氫被二氧化錳催化分解實驗的創新設計[J].中國現代教育裝備,2014(2):39-40.

[6]潘國榮.二氧化錳對氯酸鉀分解催化作用實驗創新設計[J].教學儀器與實驗,2014(6):36-37.

作者:潘國榮 白顯圣 在线看日本免费不卡资源,日本免费网址大全在线观看,日本不卡免费一区二区

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