以Fe3+催化過(guò)氧化氫分解機(jī)理為例的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

重視學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新以Fe3+催化過(guò)氧化氫分解機(jī)理為例的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)學(xué)校：貴州省實(shí)驗(yàn)中學(xué)教師：羅明勛（高中化學(xué)）實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)（1）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)方案的交流與點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究水平（定性水平）。（2）通過(guò)對(duì)Fe3+催化過(guò)氧化氫分解時(shí)中間體的感知與分析，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)催化分解過(guò)程反應(yīng)原理的認(rèn)識(shí)進(jìn)階（宏觀現(xiàn)象、微觀認(rèn)識(shí)）以及認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化水平（視角水平、內(nèi)涵水平）。（3）基于已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)論、結(jié)合學(xué)生已有的化學(xué)知識(shí)水平，進(jìn)一步推知反應(yīng)過(guò)程的中間產(chǎn)物并設(shè)計(jì)數(shù)字實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)水平（學(xué)科價(jià)值視角、社會(huì)價(jià)值視角、學(xué)科和社會(huì)價(jià)值視角）。目錄CONTENTS1問(wèn)題的提出——催化劑之惑2追蹤中間體——檢驗(yàn)二價(jià)鐵3完善催化機(jī)理——關(guān)注pH的變化問(wèn)題的提出催化劑之惑01學(xué)生對(duì)催化劑的認(rèn)知與困惑催化劑初中：催化劑可以加快化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)前后質(zhì)量和性質(zhì)不變印象與困惑：◆神秘（如點(diǎn)金石）◆不參加反應(yīng)◆催化劑如何改變反應(yīng)的路徑？選修4：催化劑能加快反應(yīng)速率，是因?yàn)樗芨淖兎磻?yīng)的路徑，降低反應(yīng)的活化能觀察過(guò)氧化氫在不同催化劑下的分解不催化MnO2催化Fe3+催化催化劑2H2O22H2O+O2↑==向30mLFeCl3溶液中加入5mL過(guò)氧化氫時(shí)，溶液迅速轉(zhuǎn)化成藍(lán)紫色探究Fe3+催化過(guò)氧化氫分解時(shí)的轉(zhuǎn)化途徑觀察討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

：FeCl3溶液的顏色由黃色立即轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)紫色，溶液中生成氣泡并逐漸加快，當(dāng)不再生成氣泡時(shí)溶液恢復(fù)黃色猜想一：

催化劑參與了化學(xué)反應(yīng)，F(xiàn)e3+可能被還原為了低價(jià)態(tài)的Fe2+,也可能被氧化成了高價(jià)態(tài)的未知離子猜想二：過(guò)氧化氫的分解是分步驟進(jìn)行的，催化劑通過(guò)參與反應(yīng)而改變了反應(yīng)的路徑追蹤中間體檢驗(yàn)二價(jià)鐵02取反應(yīng)中的溶液加鐵氰化鉀取反應(yīng)后的溶液加鐵氰化鉀用燒杯取30mL1mol/L的FeCl3溶液；另取少量加入試管1，滴加鐵氰化鉀溶液向燒杯中加入5mL15%的過(guò)氧化氫溶液待溶液變色，立即取少量加入試管2，滴加鐵氰化鉀溶液待溶液中不再有氣泡，再取少量加入試管3，滴加鐵氰化鉀溶液實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一Fe3+催化H2O2分解機(jī)理的初步分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖片催化過(guò)程分析Fe3++H2O2Fe2++未知物質(zhì)Fe3++H2O+O2反應(yīng)物產(chǎn)物中間體①②③分析研討催化過(guò)程的反應(yīng)原理小結(jié)研討實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

研討根據(jù)氧化還原反應(yīng)的理論，用方程式表示第一步：2Fe3++H2O2=2Fe2++O2+2H+第二步：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O小結(jié)

加入Fe3+作為催化劑后，過(guò)氧化氫的分解是分兩步進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基于現(xiàn)象分析兩步反應(yīng)的速率是不同的，則反應(yīng)過(guò)程中H+的改變會(huì)影響溶液的pH大小完善催化機(jī)理關(guān)注pH的變化03MnO2作催化劑實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)二用燒杯取30mL1mol/L的FeCl3溶液；將pH傳感器置于溶液中，記錄初始pH分別向燒杯中加入3mL/5mL/7mL10%的過(guò)氧化氫溶液每間隔30s記錄一次pH，直至pH不再改變數(shù)據(jù)處理和分析Fe3+催化H2O2分解過(guò)程中溶液的pH變化數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)裝置記錄溶液pH變化分組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間/s第一組第二組第三組01.351.351.35301.211.151.11601.081.040.99900.930.910.891200.910.860.811500.930.910.851800.980.960.92101.0310.952401.071.040.992701.11.081.033001.131.111.073301.161.141.113601.191.171.153901.211.21.194201.231.221.24501.251.241.21最終1.351.371.38數(shù)據(jù)處理和分析

結(jié)論2：加入的過(guò)氧化氫的體積越大，則反應(yīng)速率會(huì)加快，pH下降也越多。表明過(guò)氧化氫越多，則反應(yīng)生成的H+濃度更大結(jié)論1：

三組實(shí)驗(yàn)中溶液的pH數(shù)值均先減小，后增大，最終恢復(fù)到初始數(shù)值。表明H+是反應(yīng)的中間體拓展應(yīng)用在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)溶液顏色變化來(lái)判斷反應(yīng)是否完成，依然檢測(cè)到Fe2+離子；而結(jié)合數(shù)字實(shí)驗(yàn)，待pH恢復(fù)初始值，則可以確定反應(yīng)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)教學(xué)總結(jié)010203Fe3+作為催化劑，既是反應(yīng)物，也是生成物；Fe2+和H+是中間體催化劑參加反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理不同催化劑不同催化劑（Fe3+和MnO2）決定了不同的反應(yīng)路徑，則其催化效率也不同第一步：2Fe3++H2O2=2Fe2++O2+2H+第二步：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O總反應(yīng)：2H2O2==2H2O+O2Fe3+實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織及創(chuàng)新亮點(diǎn)學(xué)生對(duì)催化劑的有關(guān)概念和其工作原理存在困惑基于學(xué)生的問(wèn)題重視學(xué)生活動(dòng)基于項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)重視數(shù)字實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用引導(dǎo)學(xué)生自主思考、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的化