探究看不见的“助手”-过氧化氢分解制取氧气中的催化剂

探究看不见的“助手”——过氧化氢分解制取氧气中的催化剂一、教学内容分析

本课隶属九年级化学上册第二单元《我们周围的空气》，是继初步认识空气成分、学习空气污染与防治之后，系统学习气体制备原理与方法的开端。从《义务教育化学课程标准（2022年版）》看，本课锚定“物质的性质与转化”这一大概念，具体涉及“探究金属、酸、碱、盐等物质的主要化学性质及化学反应规律”及“认识催化剂对化学反应的重要作用”等内容要求。在知识技能图谱上，它承上——巩固了化学反应前后物质种类变化的认知，启下——为后续学习二氧化碳的制取、工业制氧原理乃至高中化学反应速率与限度奠定关键的认知基础与实验方法基础。其核心是引导学生通过科学探究理解“催化剂”这一抽象概念，掌握“控制变量”这一核心科学思想。过程方法上，本节课是典型的实验探究课，旨在让学生完整经历“问题猜想设计实验结论反思”的科学探究流程，培养观察、对比、分析、归纳及合作交流的能力。素养价值层面，通过探究催化剂“一变两不变”的本质，培养学生严谨求实的科学态度与证据意识；通过认识催化剂在化工生产、生命活动（如酶）中的广泛应用，感悟化学对人类社会发展的巨大贡献，建立科学的物质观与STS（科学技术社会）观念。

学情诊断方面，学生已初步了解实验室用高锰酸钾制取氧气，对氧气的检验、化学反应的实质有基本认知，具备一定的观察与描述实验现象的能力。然而，“催化剂”作为一个只改变化学反应速率而本身“看似不变”的概念，与学生“反应物参与反应并消耗”的前概念存在冲突，这是本课最大的认知障碍点。学生可能误认为催化剂是“反应物”或“生成物”，或难以理解其“在化学反应前后化学性质不变”。因此，教学调适策略需聚焦于此：首先，通过创设强烈对比的演示实验（如“大象牙膏”），制造认知冲突，激发探究欲；其次，将抽象的“性质不变”转化为可观察、可推理的系列探究任务，搭建思维“脚手架”；最后，在设计学习任务与评价时，关注差异化。对于基础较弱的学生，重在引导其准确观察现象、复述核心结论；对于能力较强的学生，则鼓励其自主设计对比实验方案、深入解释“化学性质不变”的证据链，并思考寻找新催化剂的可能方向，实现分层进阶。二、教学目标

知识目标：学生能准确陈述用过氧化氢溶液制取氧气的反应原理与实验装置特点；能基于实验证据，归纳并精准表述催化剂“改变化学反应速率，其本身质量和化学性质在反应前后均不变”的核心概念，并能辨析催化剂与反应物、生成物的区别。

能力目标：学生能在教师引导下，小组协作完成“探究二氧化锰在过氧化氢分解中作用”的对比实验，规范进行固体药品取用、液体倾倒等基本操作；能初步运用“控制变量”的思想设计简单实验方案，并能基于实验现象进行逻辑推理和科学解释。

情感态度与价值观目标：通过体验探究催化剂奥秘的过程，学生能感受到科学发现的趣味性与严谨性，增强对化学实验的好奇心与探究欲；在小组讨论与实验中，养成认真倾听、协作分享的习惯。

科学思维目标：学生初步建立“控制变量”的实验设计思想，并能运用“对比归纳”的思维方法，从宏观现象（产生气泡的快慢）推导微观本质（反应速率改变），进而抽象概括出核心概念。

评价与元认知目标：学生能依据教师提供的实验操作评价量表，对同伴或自己的基本操作进行简要评价；能在课堂小结时，通过绘制简易概念图反思本课的知识建构过程，梳理“如何通过实验探究一个未知概念”的方法路径。三、教学重点与难点

教学重点：催化剂的概念及其在过氧化氢分解反应中的作用探究。确立依据在于，催化剂是化学学科的核心概念之一，贯穿初高中化学学习，是理解诸多化学反应（如工业合成氨、生物体内的酶催化）的关键。从中考命题视角看，围绕催化剂“一变两不变”的性质设计探究性试题是高频考点，旨在考查学生的科学探究与证据推理能力。

教学难点：理解催化剂“化学性质在反应前后不变”这一本质属性，并设计实验进行验证。难点成因在于，该属性无法通过单一实验直接观察，具有高度的抽象性，需要学生在理解“质量不变”的基础上，进一步进行逻辑推理和迁移设计（如验证其是否仍具催化作用），这对学生的演绎思维和实验设计能力提出了较高要求。突破方向在于，将难点分解为层层递进的探究任务，通过“质疑再探究”引导学生深度思考。四、教学准备清单1.教师准备

1.1媒体与教具：多媒体课件（含“大象牙膏”实验视频、工业生产中催化应用的图片）、交互式电子白板。

1.2实验器材与药品：

演示实验：30%过氧化氢溶液、洗洁精、碘化钾固体、锥形瓶、木条、火柴。

分组探究（46人一组）：5%过氧化氢溶液、二氧化锰粉末、水泥块（或碎瓷片）、小试管、药匙、托盘天平、滤纸、酒精灯、试管夹、带火星的木条。安全提示：准备护目镜、手套。

1.3文本材料：分层设计的学习任务单（含基础性记录表和挑战性思考题）、课堂巩固练习活页、实验操作评价量表。2.学生准备

复习高锰酸钾制取氧气的相关知识；预习课本关于过氧化氢制氧气的部分；以小组为单位，明确实验中的分工（操作员、记录员、安全员、汇报员）。3.环境布置

实验室课桌分组排列，方便协作与交流；黑板预先划分出“核心问题区”、“探究线索区”和“概念生成区”。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题激趣：“同学们，上节课我们学习了用高锰酸钾‘加热’制取氧气。今天，老师给大家表演一个‘低温速效’的魔术。”教师演示“大象牙膏”实验（向盛有洗洁精和碘化钾的锥形瓶中快速倒入30%过氧化氢溶液，产生大量泡沫喷涌而出）。（充满期待地问）“大家看到了什么？这泡沫可能是什么气体？如何验证？”请学生猜测并上台用带火星木条检验。1.1驱动问题提出：“验证成功！确实是氧气。但请大家思考：这个反应里，过氧化氢是反应物，氧气和另一种产物水是生成物。那么，一开始加入的‘碘化钾’，它在这场化学变化的‘狂欢’中，扮演了什么角色呢？它自己是变成了泡沫，还是悄悄躲在一旁？”（停顿，环视全班）“它就像一个看不见的‘助手’，今天我们就要当一回化学侦探，揭开它的神秘面纱。”1.2路径明晰：“我们的侦查路线很明确：第一步，先认识这位‘助手’的典型代表——二氧化锰在过氧化氢分解中的作用；第二步，要给它‘验明正身’，搞清楚它到底有什么特点；第三步，还要看看，这样的‘助手’是不是独一无二的。”第二、新授环节任务一：回顾与设疑——从已知到未知

教师活动：引导学生回顾实验室制取氧气的已有知识。（提问）“除了加热高锰酸钾，课本上还介绍了哪种常温下就能制取氧气的方法？它的反应原理是什么？”教师板书化学方程式：2H₂O₂==（MnO₂）==2H₂O+O₂↑。紧接着，教师设疑：“这个方程式里，二氧化锰被写在等号的上方，它与等号两边的物质地位一样吗？它到底参不参与反应？如果不参与，它在这里干什么？如果参与，它变成了什么？”通过一连串追问，激发学生认知冲突。

学生活动：回忆并回答过氧化氢分解制氧气的原理，书写化学方程式。面对教师的连环提问，积极思考并表达自己的初步猜想，可能产生“它是反应物”、“它是帮助反应的”、“它用完了就没了”等多种观点。

即时评价标准：1.能否准确书写过氧化氢分解的化学方程式。2.能否基于已有知识对二氧化锰的作用提出合理的猜想（无论对错，敢于表达即值得鼓励）。3.倾听他人观点时是否专注。

★核心概念初探：过氧化氢（H₂O₂）在常温下能缓慢分解生成水和氧气，化学方程式是认识该反应的基础。▲教学提示：书写方程式时，强调二氧化锰的标注位置（上方或下方），暗示其特殊身份，为后续探究埋下伏笔。任务二：宏观感知——观察“助手”的威力

教师活动：组织学生进行分组实验1：向一支小试管中加入35mL5%的过氧化氢溶液，观察现象；然后向其中加入少量二氧化锰粉末，迅速将带火星的木条伸入管口，观察现象。（巡回指导并提示）“请大家一定按步骤操作，先看看过氧化氢自己‘安静’时的样子，再加入二氧化锰，感受变化。注意观察加入前后，产生气泡的速率有什么天壤之别？”

学生活动：小组协作完成对比实验。仔细观察并记录：未加二氧化锰时，气泡极少或几乎看不见；加入二氧化锰后，迅速产生大量气泡，带火星的木条复燃。通过鲜明的对比，直观感受到二氧化锰能“极大地加快”过氧化氢的分解。

即时评价标准：1.实验操作是否规范、有序（特别是固体药品的取用）。2.观察是否细致，记录是否准确描述“快慢”对比。3.小组内分工是否明确，合作是否有效。

★核心现象与初步结论：二氧化锰能显著加快过氧化氢分解的速率。▲易错点提醒：带火星木条应“伸入管口”而非深入液面，避免被液体溅湿。●科学方法：通过对比实验，将抽象的反应速率快慢转化为可见的气泡产生速率，这是科学研究中常用的“转化法”。任务三：深度追问——反应前后，“助手”变了没？（探究“质量不变”）

教师活动：承接上一任务，提出更深层问题：“二氧化锰加快了反应，功不可没。但反应结束后，这位‘助手’自己是‘鞠躬尽瘁’被消耗掉了，还是‘功成身退’完好无损呢？”（引导学生思考）“我们如何通过实验来检验它是否被消耗？可以测量什么物理量？”引导出“称量质量”的思路。然后，指导学生阅读任务单上的实验设计提示（如何分离、干燥、称量反应后的二氧化锰），并开展分组实验2。

学生活动：小组讨论并理解实验设计思路：称量加入的二氧化锰质量→进行催化实验→过滤、洗涤、干燥回收固体→再次称量。在教师指导下（此步骤较耗时，可简化流程，如使用提前准备的已反应混合物进行过滤称量，或由教师演示关键步骤），获取“反应前后二氧化锰质量基本不变”的数据证据。

即时评价标准：1.能否理解“称量质量”是检验物质是否被消耗的直接方法。2.在模拟或简化实验中，是否表现出严谨的数据记录意识。3.能否根据数据初步得出“质量不变”的结论。

★核心概念进阶：催化剂在化学反应前后，其质量不变。●科学思维：将“是否被消耗”的定性问题，转化为“质量是否变化”的定量测量问题，体现定量研究思想。▲教学提示：此处可简要介绍过滤操作，为后续学习铺垫。任务四：挑战思维——如何证明“助手”还是那个“助手”？（探究“化学性质不变”）

教师活动：这是突破难点的关键步骤。教师先肯定学生发现“质量不变”，继而抛出更具挑战性问题：“质量没变，它就一定还是原来那个二氧化锰吗？有没有可能‘外表’（质量）没变，但‘内里’（化学性质）已经变了，比如失去了‘助人’的本领？”（激发讨论）“我们如何检验一种物质的化学性质？对于二氧化锰，它最特征的化学性质是什么？”引导学生回顾任务二，认识到其“能加快过氧化氢分解”就是其在此反应中体现出的重要化学性质。进而提出实验方案：“那么，我们能否将回收的固体，再次加入到新的过氧化氢溶液中，看它是否还能‘神勇依旧’呢？”

学生活动：跟随教师的引导进行逻辑推理。理解“化学性质”检验需通过其“所能发生的化学反应”来体现。小组进行实验3：将任务三中回收的二氧化锰（或教师统一提供的已回收样品），加入到一份新的过氧化氢溶液中，观察是否依然能迅速产生氧气（用带火星木条检验）。通过实验验证，发现回收物催化效果依旧，从而获得“化学性质未变”的证据。

即时评价标准：1.能否理解“通过其催化性能检验其化学性质”的推理逻辑。2.实验验证过程是否严谨（使用对照，确保过氧化氢溶液是新的）。3.能否将“现象依旧”与“化学性质不变”建立逻辑关联。

★核心概念确立：催化剂在化学反应前后，其化学性质不变。●科学探究精髓：这是一个基于逻辑推理设计验证实验的典范，体现了“性质决定用途，用途反映性质”的学科思想，培养了学生的证据推理与模型认知能力。任务五：归纳提炼与概念外延——给“助手”正式命名

教师活动：引导学生将任务二至四的发现进行整合。（总结性提问）“现在，谁能为我们这位神秘的‘助手’做一个全面的‘身份画像’？它在反应中做了什么？（改变反应速率）它自己有什么特点？（反应前后质量、化学性质不变）”板书学生归纳的关键词。进而给出催化剂的科学定义，并强调“一变两不变”。接着进行概念外延：（设问）“二氧化锰是过氧化氢分解的唯一‘助手’吗？”演示或布置学生尝试用水泥块、氧化铁粉末等其它物质进行实验，引出“催化剂的选择性”和“多种催化剂”的概念。（联系生活）“其实，这样的‘助手’在生活中无处不在，比如汽车尾气处理中的催化剂，我们身体里消化食物的酶——生物催化剂。”

学生活动：在教师引导下，综合各组证据，用准确的语言概括催化剂的概念。观看或进行拓展实验，认识催化剂的多样性。聆听教师讲解，联系生活与科技实例，感受催化剂的重要性。

即时评价标准：1.能否完整、准确地口头或书面表述催化剂的定义。2.能否举例说明催化剂在生产和生活中的应用。3.是否表现出对化学与社会发展关系的关注。

★核心概念定义：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂（又叫触媒）。催化剂所起的作用叫催化作用。▲易混点辨析：“改变”包括“加快”和“减慢”，通常指“加快”。“化学性质不变”是关键和难点。●STS联系：催化剂是现代化工的“心脏”，极大提高了生产效率，是化学对人类文明的重大贡献。第三、当堂巩固训练

基础层（全体必做）：1.判断下列说法是否正确并改正：催化剂在化学反应前后，其物理性质不变。2.在双氧水制氧气的实验中，二氧化锰是（）。

综合层（多数学生挑战）：3.某同学设计了下表所示实验探究氧化铜能否作为过氧化氢分解的催化剂。请完成表格，并分析其能否得出氧化铜是催化剂的结论？为什么？实验步骤实验现象实验结论①取少量氧化铜于试管，加入过氧化氢溶液缓慢产生少量气泡，木条不复燃氧化铜能（）反应速率？②实验①反应停止后，重新加入过氧化氢溶液（请预测现象）（请分析结论）

挑战层（学有余力选做）：4.已知加热氯酸钾能分解产生氧气，二氧化锰对其也有催化作用。请设计实验方案，探究反应后剩余固体中二氧化锰的化学性质是否改变（简述步骤、预期现象和结论）。

反馈机制：学生独立完成后，小组内交换批改基础题，讨论综合题和挑战题。教师巡视，收集共性疑问。随后请不同层次的学生展示答案，教师针对关键点进行精讲，特别是综合题中“重新加入过氧化氢”的设计意图（验证化学性质），以及挑战题中实验设计的迁移能力。第四、课堂小结

知识整合：“同学们，今天我们当了一回出色的‘化学侦探’。现在，请大家以小组为单位，用概念图或思维导图的形式，梳理一下我们的‘破案’历程和最终‘定案’的证据与结论。”请12个小组展示他们的总结图。

方法提炼：“回顾整个过程，我们用了哪些‘破案’方法？”引导学生总结：对比实验、控制变量、定量研究（称量）、逻辑推理与实验验证相结合。

作业布置：必做作业：1.整理本节课完整的课堂笔记，包括催化剂定义、过氧化氢制氧方程式、探究实验的关键步骤与结论。2.完成练习册上对应基础习题。选做作业（二选一）：A.查阅资料，了解一种工业上重要的催化剂（如合成氨中的铁触媒），写一份不超过200字的简介。B.设计一个家庭小实验，探究生活中哪些物质可能对过氧化氢（可用医用双氧水）分解有催化作用（注意安全，可用土豆、猪肝等）。六、作业设计

基础性作业（巩固双基）：

1.默写实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的化学方程式。

2.填空：在化学反应里，能______其他物质的化学反应速率，而本身的______和______在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂。

3.简述在“探究二氧化锰是催化剂”的实验中，证明其“化学性质不变”的实验思路。

拓展性作业（情境应用）：

4.阅读材料：汽车尾气净化装置中，使用铂（Pt）、铑（Rh）等贵金属作为催化剂，能将有害的一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）转化为无害的氮气和二氧化碳。请结合催化剂的特点，解释为什么这些贵金属在尾气处理过程中可以长期使用而无需频繁添加。

探究性/创造性作业（开放创新）：

5.（项目式学习引导）“寻找身边的催化剂”：厨房、花园或卫生间里，可能藏着一些能影响化学反应速率的物质。请选择一种你感兴趣的反应（如水果的氧化变色、小苏打与醋的反应等），设计一个简单的对比实验，探究某种日常物质（如柠檬汁、泥土、铜片）是否对其有影响，并撰写一份简短的探究报告（包括问题、猜想、实验设计、现象与结论）。七、本节知识清单及拓展

★1.反应原理（表达式）：过氧化氢（双氧水，H₂O₂）在二氧化锰（MnO₂）催化下，于常温下分解为水和氧气：2H₂O₂==（MnO₂）==2H₂O+O₂↑。

★2.催化剂核心概念（“一变两不变”）：在化学反应中，能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质。关键词是“改变”（可加快或减慢，通常指加快）和“不变”。

▲3.催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用。没有催化剂，反应可能极慢或难以发生；使用合适催化剂，可大幅提高效率，是化工生产核心技术。

★4.探究催化剂性质的实验逻辑：

证明“改变速率”：对比实验（加催化剂VS不加催化剂），观察现象（如气泡产生速率、木条复燃情况）的显著差异。

证明“质量不变”：反应前后对催化剂进行分离、干燥和称量，比较质量数据。

证明“化学性质不变”（难点）：将反应后的催化剂重新加入到新鲜的反应物中，检验其是否仍具有相同的催化效能。这是基于“性质决定用途，用途反映性质”的推理。

●5.控制变量法：探究多因素问题时，每次只改变一个因素，控制其他因素不变。本课探究二氧化锰作用时，需控制过氧化氢浓度、体积、温度等相同，只改变是否加入二氧化锰。

▲6.催化剂的多样性与选择性：同一反应可能有多种催化剂（如H₂O₂分解可用MnO₂、Fe₂O₃、CuO、生物酶等）。不同催化剂对同一反应的效果（催化活性）可能不同；一种催化剂通常只对特定或一类反应有效。

★7.催化剂在方程式的标注：催化剂通常写在化学方程式的等号上方或下方，并用文字或化学式注明，以示其不参与反应物和生成物的计量关系。

●8.易错点提醒：

催化剂“本身”不变，是指其“质量”和“化学性质”不变，物理性质（如状态、颗粒大小）可能改变。

催化剂不能改变生成物的种类和产量，只改变达到平衡的速率。

不是所有反应都需要催化剂，也并非所有物质都能做催化剂。

▲9.重要应用实例（STS联系）：

工业：合成氨（铁触媒）、石油裂化（分子筛催化剂）、汽车尾气净化（铂、铑等）、硫酸生产（五氧化二钒）。

生物：酶是高效、专一的生物催化剂，参与几乎所有的生命活动（消化、呼吸、光合作用等）。

日常：洗衣粉中的酶制剂去除污渍，双氧水消毒时泡沫产生（催化分解）。

★10.与反应物、生成物的本质区别：催化剂是反应体系的“参与者”但非“消耗者”或“产物”。反应前后，其存在形式和本质未变。八、教学反思

（一）目标达成度分析：本节课以“探究催化剂”为核心，预设的知识与能力目标基本达成。通过环环相扣的五个任务，绝大多数学生能准确复述催化剂“一变两不变”的定义，并能基于实验描述二氧化锰的作用。在当堂巩固训练中，基础层和综合层题目正确率较高，表明核心概念已初步建立。情感目标方面，“大象牙膏”实验和步步深入的侦探式探究，有效激发了学生的兴趣，课堂参与度高，小组合作氛围积极。科学思维目标中的“控制变量”思想在任务二、四、五中反复强化，学生在设计对比实验方案时表现出初步的模仿与应用能力。

（二）环节有效性评估：导入环节的“大象牙膏”实验震撼力强，瞬间聚焦了所有学生的注意力，成功将“催化剂是什么”转化为一个亟待解决的谜题。新授环节的五个任务构成了一个逻辑严密的探究链条：从感知现象到定量验证，再到定性推理，最后归纳定义并拓展外延。尤其是任务四“如何证明化学性质不变”，是本节课思维攀登的“陡坡”。在实际教学中，部分学生在此处出现了思维停滞，需要教师通过更细致的追问（如“我们怎么知道一个人的能力没变？让他再做一次同样的事试试看？”）搭建类比“脚手架”。这个难点突破的过程，正是培养学生高阶思维的关键。（内心独白：当时看到有些学生困惑的眼神，我意识到这个从“质量”到“性质”的思维跳跃对他们来说确实有点大，下次可以提前准备一个更生活化的类比动画。）

（三）差异化教学实践与学情剖析：在设计学习任务单时，我为“证明