课题：探究不同催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响

一、   教材依据

教材版本：苏教版普通高中课程标准实验教科书《实验化学》选修

课题名称：§4—2催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响

二、    设计思想

（一）教学指导思想、设计理念

应让学生成为学习的主体，一切教学活动都必须从学生出发，知识建构理论认为：每个学生都在积极主动的建构自我的知识体系。基于此，在本节教学中我以学生的求知要求为主线，追求教师和学生面对知识共同探讨、平等对话。对于知识的建构，除了个体探究之外，我更倡导合作探究。在探究教学中，要根据学生的实际差异，提出不同的探究目标。最后利用学生集思广益、思维互补、各抒己见的特点，使问题更清楚准确。因此作为教学的组织者、引领者的教师，要设计有层次的探究问题，充分挖掘学生的能动作用。这样的设计，能使学生主动的探索，充分调动了学生善于发现问题、勇于解决问题的积极性，体现了“情景----发现”教学法的基本观点，整体思路为：情境创设→问题探索→交流反馈→形成结论并达成共识→应用提高。

（二）教材分析

本节课从催化剂的概念出发，首先通过课本P₄₉页的[课题方案设计]，采取设计实验、讨论、交流的形式，归纳出不同催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响。其次为了定量描述反应速率的大小，提出了定量记时比较法，为深入学习催化剂对化学反应速率的影响做了丰富的准备。

（三）学情分析

1、学生经过《化学必修2》的学习，化学反应速率的影响因素已经比较熟悉，但是对从定量的角度认识化学反应速率，却很少思考。

2、另外学生对化学现象的观察比较熟悉，但定量记时比较法在化学实验中的应用还比较陌生。

三、教学目标

（一）知识与能力：

1.探究不同催化剂对同一反应的催化效果，用比较法通过定性和定量实验，

来寻找实验的最佳方案。认识催化剂、有效碰撞、活化能等理论。

2.提高学生处理实验数据和分析实验结果的能力。

3. 常识性介绍不同催化剂对反应速率影响。

（二）过程与方法：

1.先定性、定量实验，后让学生更深的认识催化剂概念。

2. 要让学生在化学实验的探究中，体会“定量记时比较法”的实际应用

3. 要培养学生把化学知识与日常化工生产中遇到的实际问题联系起来考虑，并由此提出问题，提高学生的抽象概括能力、形成规律性认识的能力。

（三）情感态度与价值观：

1. 通过对不同催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响分析，体会事物内外因关系和质变与量变辩证关系。

2.让学生关注与催化剂有关的日常现象，培养学生严谨的科学态度，增强学习化学的兴趣。

四、教学重点  

建立催化剂的概念，通过定性观察实验现象和定量记时比较分析，认识不同催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响

五、教学难点   

正确理解催化剂对化学反应速率的影响，定量记时比较法在化学实验中的应用

六、突破教学重难点的方法

1、组织学生设计实验探究：不同催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响？学生可以设计出多种实验方案，教师需要引导学生讨论出哪一种情况下的实验是最为科学合理，突显化学教学的育人价值，并由此帮助学生建立催化剂的概念。

 2、定量记时比较法是解决化学问题的常用方法。通过定性观察实验现象和定量记时比较分析，加深学生对定量记时比较法是解决化学问题方法的理解。

七、教学过程

教师：   当我走近教室，看到的是同学们的朝气和活力！起立！

（创造学习氛围、调动学生听课的兴奋点）

投影引入：同学们先看图1

淀粉在唾液淀粉酶的催化下水解生化反应

、

看图2、看图3

工业接触法制硫酸钒-钾(钠)-硅体系催化剂   铁触媒催化剂工业合成氨弗里茨?哈伯 １８６８ ---１９３４

学生：安静看-----2分钟

教师：   催化剂就像“点石成金”的魔术棒，能够增大化学反应速率

今天我们所要探究的是：不同催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响，经过定性和定量实验，希望同学们选出双氧水最有效的催化剂。

实验仪器：托盘天平、钥匙、锥形瓶、双孔橡胶塞、导管、橡胶管、螺旋夹、水槽、50ml量筒、分液漏斗、计时器、取液器 试管、50ml碱式滴定管、长颈漏斗（装置1、2）

实验试剂：10％H₂O₂溶液、MnO₂、CuO、Fe₂O₃、土豆、蒸馏水 

实验步骤：

学生：   1.定性实验：分别取一定量的 MnO₂、CuO、Fe₂O₃、土豆等催化剂置于试管中，分别加入3ml10％H₂O₂溶液，定性观察反应的现象。（四位同学同量同时完成，四位的同桌分别阐述现象）------8分钟

投影：

                  不同催化剂作用下H₂O₂分解反应现象

2.定量实验：-------20分钟

教师： （1）检查气密性（教师演示具体操作并讲解）

学生： （2）搭好实验装置.（学生讨论设计定量测量气体的装置）

 

            

定量测量装置1                   定量测量装置2

(3) 取各种催化剂0.1g和10％H₂O₂溶液10ml置于锥形瓶中,

   (4) 记录反应的时间t和相应的量气管读数V,求出气体产生的速率（V-10）/t,定量结果

    （一位男生操作、一位女士计时、教师黑板书写结果）

投影：思考1

.粉末状MnO₂等金属氧化物催化剂中先加一定量的水,其目的是什么？

为什么分液漏斗中的液体不能放完？俯视读数，误差结果如何变化？

（空气代氧气结果不变）

  学生阐述：为了使之形成悬浊液,让H₂O₂能较均匀地接触催化剂. 液封 偏大

      【思考1.是为了让学生理解增大接触面积能够加快反应速率。实验读书误差是存在的，但要学生学会如何误差分析？】

投影：思考2.在相同的实验条件下,选哪一种催化剂作演示实验好?

学生阐述：土豆 速率适中 均匀 反应时间较长 溶液颜色无变化

【此题是为了便于学生观察和理解催化剂的概念】

投影：思考3.影响双氧水分解的因素有哪些? 双氧水是稳定性较差的试剂,保存双氧水时要考虑的因素有哪些?

学生阐述：催化剂种类,试剂的浓度,状态,反应的温度等等

双氧水中不能混入金属氧化物,各种脏东西

          双氧水应盛放在干净的聚乙烯塑料瓶

【此题是从 催化剂分解角度、从安全问题角度让学生分析认识双氧水。】

 

投影：知识认识

催化剂与反应活化能。（活化分子的平均能量与所有分子的平均能量的差称活化能）

思考4.为什么使用催化剂一般能加快反应速率？请列举为了减缓化学反应速率

而使用的催化剂！

学生阐述：活化分子：玻耳兹曼能量分布定律 具有活化能的分子 有效碰撞

催化剂----能改变化学反应速率而本身的化学组成和质量在反应前后保持不变。

使用催化剂加快反应速率，主要是能形成中间产物或在催化剂表面的活性中心

发生反应，从而改变反应的途径，使反应的活化能降低。催化剂不能改变反应

进行的方向，

不能使不可能发生的化学反应得以发生。

如：橡胶制品中的防老化剂，食品中的防腐剂。

巩固与提高 投影------13分钟

1.下列关于催化剂的叙述正确的是 (  D )

A. 催化剂不参加化学反应    B. 催化剂可以是原本不能发生的反应得以发生

C.  催化剂只降低正反应的活化能 D.催化剂能够增大活化分子的百分数

2.某金属氧化物A也能催化氯酸钾的分解,且A和二氧化锰的最佳催化温度均在500℃左右.于是对A和二氧化锰的催化性能进行了定量对照实验.实验时均以收集500mL氧气为准.

(1)上述实验中的待测数据应是   收集满500mL所需的时间  .

(2)完成此研究后，他们准备写一篇研究报告，请你替他们拟一个研究报告的题目：

   《   探究A和MnO₂催化氯酸钾分解性能的比较     》。

3．下面是某研究小组研究不同催化剂对H₂O₂分解反应的催化效果时所得结果。

（1）从表可以得出：活性炭 FeCl₃和MnO₂（粉末状）几种催化剂中，催化效率由大到小的顺序是：MnO₂  FeCl₃活性炭。等质量的固体催化剂，颗粒大小对催化剂效率有何影响？  颗粒越小，接触面积越大，催化效果最好。

（2）实验发现，新鲜的动物肝脏对H₂O₂的分解也有显著的催化作用，但当往溶液中加入盐酸，或给溶液加热时，就会失去催化能力。合理的解释是盐酸或者加热使动物肝脏中的过氧化氢酶失去了活性   

（3）对FeCl₃的催化作用，有人认为是Fe³⁺起催化作用，有人认为是Cl^-起催化作用，请你设计一个实验进行验证。

 往盛有 H₂O₂  的试管中滴加几滴盐酸（或其他含氯离子的溶液），如果分解速度加快，说明起催化作用的是氯离子；反之，起催化作用的是Fe³⁺ （其他合理答案也可）

教师板书：

不同催化剂作用下H₂O₂分解反应现象

课堂小结：本节课主要通过定性观察和定量计时比较实验，认识不同催化剂对过氧化氢分

解反应速率的影响

作业布置：展望：展开你想象的翅膀，例举我们生活如果使用了某种催化剂，

生活就会更美好！ 要知《燃糖变蛇》的实验，请听下回分解！----2分钟

八、教学反思

1、传统教学模式把催化剂概念强加给学生，学生对概念的理解并不深刻。本节课从探究不同催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响入手，引发并活跃学生思维，通过定性、定量实验，使学生主动地发现不同催化剂对反应速率的影响，然后在教师引导下展开讨论，加深对"条件"的认识。这样设计，使以往学生被动的接受转化为主动的探索，充分调动了学生善于发现问题，勇于解决问题的积极性。

2、指导学生会用定量计时比较法对信息进行加工整理，并培养学生对各学科知识的整合能力，充分调动学生的积极性、动手参与性，让他们在亲自操作的过程中体悟化学反应速率，同时也能品尝到成功的快乐！

 

第二篇：一级反应 过氧化氢分解反应速率测定

过氧化氢催化分解反应速率常数的测定

一、实验目的

（1）了解过氧化氢催化分解反应速率常数的测定方法。

（2）熟悉一级反应的特点，了解催化剂对反映速率的影响。

（3）掌握用图解计算法求反应速率常数。

二、实验用品

1、仪器

玻璃反应容器1个、水准瓶1个、50mL量气管1个、超级恒温槽1套、三通活塞1个、秒表1块、10mL量筒1个、5mL吸量管2支、胶管3m。

2、药品

质量分数为2%的H2O2溶液（新鲜配制）、0.1mol·L-1KI溶液。

三、实验原理与技术

过氧化氢很不稳定，在常温下的分解反应式为：

H2O2→H2O+1/2O2         （Ⅰ）

在KI作用下的分解反应机理为：

H2O2+KI→KIO+ H2O （慢）    （Ⅱ）

KIO→KI+1/2O2   （快）    （Ⅲ）

（Ⅱ）式是H2O2分解的速控步骤，H2O2分解反应的反应速率方程为：

－dcH2O2/dt=k´cH2O2·cKI               （Ⅳ）

因为cKI近似不变，（Ⅳ）式可简化为：

－dcH2O2/dt=kcH2O2                                   （Ⅴ）

（其中k=k´cKI）。

H2O2的催化分解反应为一级反应，对  （Ⅴ）式积分可得：ln（c/ c0）=－kt    （Ⅵ）

（其中c0为H2O2的初始浓度；c为反应至t时刻H2O2的浓度；k为H2O2的催化分解反应的速率常数）。

反应的半衰期为：

t1/2= ln2/k=0.693/k               （Ⅶ）

在等温等压条件下，在H2O2的分解反应中，氧气体积增长速率反映了H2O2的分解速率，本实验就是通过测定不同时刻放出的氧气的体积，间接地求出H2O2在相应时刻的浓度，这种方法称为物理法。

令ⅴ∞表示H2O2全部分解放出的O2的体积；ⅴt表示反应至t时刻放出的O2的体积；则由（Ⅰ）式可看出：

定温定压下反应产生的O2的体积ⅴt与被消耗的H2O2的浓度成正比，而ⅴ∞则与H2O2的初始浓度成正比，且两者比例系数为定值，则：c。∝ⅴ∞；c∝（ⅴ∞-ⅴt）。

代入（Ⅵ）式可得：ln[（ⅴ∞-ⅴt）/ⅴ∞]=－kt        （Ⅷ）

→ln（ⅴ∞-ⅴt）=－kt ＋lnⅴ∞                   （Ⅸ）

（其中ⅴ∞可以通过外推法或加热法求得）。

四、实验步骤

（1）组装仪器（实验室工作人员已经装好）。

（2）先用量筒量10mL蒸馏水和用吸量管吸取5mL 0.1mol·L-1KI溶液注入反应器的一室；再用另一支吸量管吸取5mL质量分数为2%的H2O2溶液于另一室。（注：此过程中各室的溶液都不能滴漏于另一边）。接着，盖好瓶塞，查漏。方法如下：

水准瓶装入一定量蒸馏水，旋转三同活塞，使体系与外界相通；高举水准瓶，使量气管的水平面达到0.00mL（即ⅴ０）刻度处，然后再旋转三通活塞，使体系与外界隔绝，水准瓶放回实验台面。2min内保持不变，则表示不漏气；否则，要找出原因，排除它。

（3）倾斜反应器，使KI溶液流入H2O2溶液中，立即开启秒表，混合溶液两室中反复转移3－4次，最后全部停留在一室，平稳且力度适中地摇匀。（注：反应器必须与量气管相通）

（4）每隔一定时间（大约产生3.00mLO2），分别读取量气管的读数和记下对应的时间，8－12组即可。（注：每次水准瓶的液面与量气管的液面保持在同一水平方可读数）

（5）反应器于55℃水浴中加热，至没小气泡产生（约为20min），取出反应器，冷却至原温，然后读数，至相邻读数的差值不超过0.02mL为止，记为ⅴ水浴。它与ⅴ０的差值即为ⅴ∞。

五、实验数据记录与处理

1、室温 26.0℃ ；   气压  100.90Kpa  ；   ⅴ∞ 34.80mL 

关于t、1/t、ⅴt、（ⅴ∞-ⅴt）和ln（ⅴ∞-ⅴt）的数据表：

2、以ⅴt对1/t作图，外推至1/t=0，得截距即为ⅴ∞。将其与实验值ⅴ∞比较，并简单讨论之。

讨论：

外推可得ⅴ∞=38.20 mL

而实验值为34.80mL；

由此可见外推得到的值大了一点，原因应该是后面记录的三个数值相对偏大了，而导致那段线段较陡，最终导致外推时也相对向上移动了较大的一段。

3、以ln（ⅴ∞-ⅴt）对t作图，由直线的斜率计算反应速率常数k（作图求斜率时，取氧气析出15%～85%之间的点）。

解：

斜率m=（3.00－2.71）÷（1000－738）

=－0.29÷262

≈1.10×10－3

故k=－m

=1.10×10－3

4、计算H2O2的分解反应的半衰期。

解：

t1/2=ln2/k

=0.693/k

=0.693÷（1.10×10－3）≈630s

七、实验分析与讨论

    1、开始反应的前段时间，由于反应物混合尚为均匀，反应速率较慢，而导致时间间隔较大；随着反应的进行，反应逐渐趋于稳定，而产生的氧气的量也相对均匀了很多。但是我认为，前段反应时间间隔大的原因还可能是产生的部分氧气要用来填充胶管，而当我们以大约3mL为间隔记录数据时，实际上已反应产生比这个3mL偏大很多的氧气了，当然它相对就要花掉较多一点时间。

    2、由t —ln（ⅴ∞-ⅴt）图可以看出，反应前段时间产生约为等体积的氧气时所需的时间也大约一样；但是随着反应的进行，时间的间隔也慢慢地增大。从中可知道，反应速率不仅与温度有关系，而且与反应物的浓度有关，呈正比。

   六、思考题

    1、读取氧气体积时，量气管及水准瓶中水面处于同一水平面的作用何在？

    答：反应开始前量气管里水面所受的压力与水准瓶水面所受的压力是一样的，都是P。反应开始后，由于氧气的产生，水面所受的压力增大而降低。读取氧气体积时，使量气管及水准瓶中水面处于同一水平面，就是继续保持内外的压力相等，有利于准确读取在t时刻产生氧气的体积。

    2、用ⅴ∞数据可以计算H2O2的初始浓度c0，如用KMnO4溶液滴定H2O2溶液，求得H2O2的初始浓度c0，再由c0计算ⅴ∞是否可以？

    答：可以；

    因为KMnO4溶液滴定H2O2溶液时，有以下关系式：2 MnO4－→5 H2O2→5 O2；当知道滴定KMnO4溶液的浓度和用掉的体积以及被滴定的H2O2溶液的体积，而先求得c0；接着就可根据关系式求得氧气的物质的量；又因为此时可以把氧气当作理想气体，最后就可以根据理想气体方程：PV=nRT，求得V（即ⅴ∞）。

    3、H2O2和KI溶液的初始浓度对实验结果是否有影响？应根据什么条件选择它们？

    答：有影响；

    因为ⅴ∞与H2O2的初始浓度c0成正比，而k又与催化剂KI溶液的浓度成正比，所以说它们对实验结果是有影响的。

    应根据量气管的量程大小和反应的快慢程度来选择它们。