重視學生化學學科核心素養培育的實驗創新以Fe3+催化過氧化氫分解機理為例的項目式學習學校：貴州省實驗中學教師：羅明勛（高中化學）實驗教學目標（1）通過對實驗裝置設計方案的交流與點評，診斷并發展學生的實驗探究水平（定性水平）。（2）通過對Fe3+催化過氧化氫分解時中間體的感知與分析，診斷并發展學生對催化分解過程反應原理的認識進階（宏觀現象、微觀認識）以及認識思路的結構化水平（視角水平、內涵水平）。（3）基于已有的實驗結論、結合學生已有的化學知識水平，進一步推知反應過程的中間產物并設計數字實驗進行驗證，診斷并發展學生對化學價值的認識水平（學科價值視角、社會價值視角、學科和社會價值視角）。目錄CONTENTS1問題的提出——催化劑之惑2追蹤中間體——檢驗二價鐵3完善催化機理——關注pH的變化問題的提出催化劑之惑01學生對催化劑的認知與困惑催化劑初中：催化劑可以加快化學反應，在反應前后質量和性質不變印象與困惑：◆神秘（如點金石）◆不參加反應◆催化劑如何改變反應的路徑？選修4：催化劑能加快反應速率，是因為它能改變反應的路徑，降低反應的活化能觀察過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過氧化氫時，溶液迅速轉化成藍紫色探究Fe3+催化過氧化氫分解時的轉化途徑觀察討論設計實驗現象

：FeCl3溶液的顏色由黃色立即轉變為藍紫色，溶液中生成氣泡并逐漸加快，當不再生成氣泡時溶液恢復黃色猜想一：

催化劑參與了化學反應，Fe3+可能被還原為了低價態的Fe2+,也可能被氧化成了高價態的未知離子猜想二：過氧化氫的分解是分步驟進行的，催化劑通過參與反應而改變了反應的路徑追蹤中間體檢驗二價鐵02取反應中的溶液加鐵氰化鉀取反應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驗設計一Fe3+催化H2O2分解機理的初步分析實驗結論實驗現象實驗對比圖片催化過程分析Fe3++H2O2Fe2++未知物質Fe3++H2O+O2反應物產物中間體①②③分析研討催化過程的反應原理小結研討實驗設計

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

加入Fe3+作為催化劑后，過氧化氫的分解是分兩步進行的實驗設計基于現象分析兩步反應的速率是不同的，則反應過程中H+的改變會影響溶液的pH大小完善催化機理關注pH的變化03MnO2作催化劑實驗設計二用燒杯取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%的過氧化氫溶液每間隔30s記錄一次pH，直至pH不再改變數據處理和分析Fe3+催化H2O2分解過程中溶液的pH變化數據記錄實驗裝置記錄溶液pH變化分組實驗數據時間/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數據處理和分析

結論2：加入的過氧化氫的體積越大，則反應速率會加快，pH下降也越多。表明過氧化氫越多，則反應生成的H+濃度更大結論1：

三組實驗中溶液的pH數值均先減小，后增大，最終恢復到初始數值。表明H+是反應的中間體拓展應用在上一個實驗中，通過溶液顏色變化來判斷反應是否完成，依然檢測到Fe2+離子；而結合數字實驗，待pH恢復初始值，則可以確定反應結束。實驗教學總結010203Fe3+作為催化劑，既是反應物，也是生成物；Fe2+和H+是中間體催化劑參加反應反應機理不同催化劑不同催化劑（Fe3+和MnO2）決定了不同的反應路徑，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：2H2O2==2H2O+O2Fe3+實驗教學的組織及創新亮點學生對催化劑的有關概念和其工作原理存在困惑基于學生的問題重視學生活動基于項目式的學習重視數字實驗的應用引導學生自主思考、設計、實驗充分調動學生已有的化