寻找能分解双氧水的催化剂的研究

一、问题的提出
　　
　　人教版初中新课标化学教材九年级上册第33、34页[实验2-5]、[实验2-6]二氧化锰对双氧水的分解具有催化作用，以及第40页习题“寻找新的催化剂”研究性实验，引起了学生极大好奇与兴趣，本研究内容由此产生。
　　
　　二、研究的目标
　　
　　1、通过化学实验，让学生进一步理解催化剂的概念。
　　
　　2、通过化学实验，寻找除二氧化锰以外的能分解双氧水的新催化剂。
　　
　　3、通过研究性实验，让学生了解科学研究的方法，培养学生的创新思维和科学态度。
　　
　　三、研究方法及所需条件
　　
　　主要运用实验法和综合法开展研究。学生已学过催化剂的概念及本实验研究的有关知识，实验所用到的仪器学生都在“活动与探究”中多次使用过，且熟练掌握了化学实验基本操作。应该说学生具备了进行该实验研究的能力和水平。
　　
　　学校化学实验室能够提供有关的仪器药品，学校图书馆有供学生查找的文献资料，学生具有上网搜集和下载资料的能力。可以说为本研究提供的条件是充分的。
　　
　　四、研究实施过程
　　
　　(一)人员分工安排
　　
　　把学生分成十四个小组，每组四人，选出小组长，先分头进行有关催化剂资料的搜集和研究用品的准备。
　　
　　（二）实验研究的时间
　　
　　2004年10月14日～10月15日下午放学后
　　
　　（三）具体活动的安排
　　
　　1、提出猜想与假设
　　
　　生：分组交流图书馆或网上搜集到的有关催化剂资料,并讨论提出猜想和假设。各研究小组提出的猜想归纳为：氧化镁、氧化铁、氧化铜可以做双氧水分解的催化剂。依据是它们与二氧化锰一样，都属于金属氧化物，故性质可能类似。
　　
　　师：你们的猜想有创意，若把氧化镁、氧化铁和氧化铜作为我们寻找新催化剂的突破口，如何围绕“催化剂”的知识，设计实验方案、验证假设，请同学们思考并讨论。
　　
　　2、设计方案、验证假设
　　
　　生：分组讨论，同学们各抒己见，通过分析、比较、归纳，设计了以下三组实验：
　　
　　实验1验证该物质能否加快双氧水分解的速率。
　　
　　量取两份5mL的双氧水分别放入A、B两支大试管中，向A试管中加入ag氧化铁（或氧化铜或氧化镁）粉末，观察比较A、B试管放出气体的速率。
　　
　　实验2验证该物质在反应前后化学性质是否改变。
　　
　　向实验1的A试管残余物中，再加入少量双氧水，并插入带火星木条，如此反复多次实验，观察现象。
　　
　　实验3验证该物质的质量在反应前后有否变化。
　　
　　待实验2完成后，将A试管中的残余物小心过滤，并将全部滤渣洗涤、干燥、称量，观察是否仍为ag。
　　
　　3、收集证据、作出结论
　　
　　生：根据所设计的方案，进行实验，收集证据。
　　
　　生：通过实验观察，我们发现：实验1中氧化铜和氧化铁都能加快双氧水的分解速率，但氧化镁不能。
　　
　　生：做实验2时，我们多次添加双氧水，并不断插入带火星木条都复燃。证明在反应前后氧化铜、氧化铁的化学性质并未改变。
　　
　　生：完成实验3后，我组发现反应前后氧化铜、氧化铁的质量增加了。
　　
　　生：完成实验3后，我组发现氧化铜质量不变，但氧化铁质量却减少了。
　　
　　师：你们的发现让我很兴奋。同学们请你们讨论一下，为什么在实验3中，各小组的实验结果不一样。
　　
　　生：我们认为质量增大可能是因为氧化铜、氧化铁中含有水份并未完全干燥所致。而质量减少可能是因为有些氧化铜、氧化铁沾在滤纸、玻璃棒、蒸发皿等用品上。
　　
　　生：通过讨论和对所观察到的现象进行分析、比较、归纳，我们认为：氧化铜、氧化铁就是我们要寻找的能分解双氧水的新催化剂。
　　
　　师：同学们，我祝贺你们终于发现了双氧水分解的新催化剂──氧化铜和氧化铁。
　　
　　生：有同学提出新问题：为什么作为双氧水分解催化剂的二氧化锰、氧化铁和氧化铜都含有氧元素？是否因为反应过程中它们所含的氧元素参加了反应转化为氧气，导致放出氧气的速率加快？
　　
　　师：这位同学提的问题很有深度，请同学们交流讨论，发表自己的观点，如何证明它们的催化作用是否与氧有关。
　　
　　4、提出新一轮的假设
　　
　　生：同学们经过交流讨论提出，铁粉、铝粉、锌片、氯化铁、氯化铜可以作双氧水分解的催化剂，其催化作用与氧无关。
　　
　　师：把同学们分成两组：
　　
　　第一组，负责验证铁、铝、锌可作双氧水分解催化剂的假设。
　　
　　第二组，负责验证氯化铁、氯化铜可以作双氧水分解催化剂的假设。
　　
　　5、进行第二轮实验、验证新假设
　　
　　生：根据第一轮实验的设计方案，进行实验，验证新一轮的假设。
　　
　　6、分析实验现象，作出新一轮的结论
　　
　　生：我们组的实验表明，铁、铝、锌不能做双氧水分解的催化剂。
　　
　　生：我们组的实验表明，氯化铜、氯化铁可以作双氧水分解的催化剂，其催化作用与氧无关的假设成立。
　　
　　师：真是太棒了，我为你们感到骄傲。同学们还有其他猜想和假设吗？
　　
　　生：我在图书馆查资料发现，猪肝也可以做双氧水分解的催化剂，我把猪肝带来了。
　　
　　生：我在网上搜集到，煮熟的马铃薯也可以做双氧水分解的催化剂，马铃薯我也准备好了。
　　
　　生：我在一本课外书中发现，红砖粉也可以做双氧水分解的催化剂，我也准备了一包红砖粉。
　　
　　师：太好了！你们的视野比老师还开阔啊！让我们继续来验证，猪肝、马铃薯、红砖粉是否也能做双氧水分解的催化剂。
　　
　　7、进行第三轮实验，验证网上新发现
　　
　　生：根据第一轮设计的实验方案，进行实验，验证网上新发现。
　　
　　8、表达交流，反思评价
　　
　　生：猪肝、煮熟的马铃薯、红砖的粉居然也能做双氧水分解的催化剂，太不可思议了。今天我亲身体验到化学实验是发现新物质的钥匙。（初三（8）班黄兆东语）
　　
　　生：通过实验探索，我们发现了比二氧化锰更理想的催化剂，说明书本不是最权威的。（初三（8）班郭子柏语）
　　
　　生：实验不要有太多顾虑，要尽量多作尝试。要与同学分工合作，才能做出最佳的效果。（初三（8）班李君浩语）
　　
　　生：关于氧化铜的实验我反复做了三次，都没有明显的现象，于是便认为它不能做双氧水分解的催化剂了。刚才听同学说，稍加热效果就非常理想。这次让我学到了研究问题要从多个角度思考。（初三（8）班苏玉颜语）
　　
　　生：我和同桌做了七种物质的试验，自以为做得很好，听了同学们的实验成果，才深感自己的不足，懂得实验要有创新精神。（初三（8）班张晓敏语）
　　
　　生：试卷中的探索似乎轻而易举，但实验探索让我知道，会想并不代表会做，除了要有严密的方案，还要细心去完成，否则稍一不慎，整个实验就会失败。（初三（8）班林紫清语）
　　
　　师：同学们的交流与评价太精彩了。今天我们不但发现了多种双氧水分解的新催化剂。更重要的是懂得了，“要与同学分工合作”，“实验要创新精神”，“书本不是最权威的”。我相信你们明天交来的实验报告一定同样精彩。请把所有用品清洁干净，放回原处。
　　
　　五、教学评析
　　
　　1、在这次研究性活动中，教师自始至终让学生自主开展活动，指导时只起点拨作用，为学生主动探索，创造性地感觉知识由产生到完善的整个过程提供条件。教师还注重在关键时刻给予学生鼓励性评价，激发学生不断追求新的发现。并让学生体验创新发现的乐趣。
　　
　　2、在研究过程中，教师努力为学生创造表现自我潜能的氛围，为研究小组内的讨论、交流、评价、合作提供平台，让学生获取集体智慧的营养，不断增强团队意识。整个活动体现了引导学生“合作、自主、探究”学习的新课改理念。
　　
　　3、通过探究实验，学生们发现了双氧水分解的多种新催化剂，从而使学生深刻掌握了“催化剂”的概念。懂得了如何到图书馆及网上查阅相关资料，并能够根据所得的资料和信息，作出相应推理和猜想。学会了撰写实验探究报告。
　　
　　4、在这次研究性实验活动中，学生亲身经历和了解科学探究的基本过程：发现问题、提出假设→设计方案、进行实验→收集证据、验证假设→表达交流、反思评价。培养了学生的科学素养，包括科学精神，科学方法，科学思维能力等。
　　
　　5、本次研究性活动不在于学生发现了多少种新的催化剂，以及学生的推理、猜想是否十分科学。更重要的是学生在研究过程中的“情感、态度”与“价值观”等方面的变化与收获，这方面的收获远远超越了化学学科，在学生的发展中，即使很多的化学知识都忘却了以后，这种创新思维、这些科学态度却会沉淀下来，对学生今后的学习和工作产生深远的影响。