探秘过氧化氢制氧：催化作用的神奇钥匙-九年级化学教学设计

探秘过氧化氢制氧：催化作用的神奇钥匙——九年级化学教学设计一、教学内容分析  本课选自人教版九年级化学上册第二单元《我们周围的空气》，课题为“制取氧气”的第二课时。从《义务教育化学课程标准（2022年版）》审视，本课处于“科学探究与化学实验”及“物质的性质与应用”主题的交叉点。知识技能上，学生需掌握实验室用过氧化氢溶液制取氧气的反应原理、装置选择及操作要点，并核心理解“催化剂”与“催化作用”这一对贯穿中学乃至高等化学学习的关键概念。其在单元知识链中，上承氧气的性质与用途，下启分解反应的概念归纳与气体制备的一般思路，是构建“性质决定用途、用途导向制法”学科逻辑的重要一环。过程方法上，课标强调“经历科学探究的一般过程”，本课以“探究过氧化氢分解的加速方法”为核心任务，完美契合，为学生提供了运用控制变量思想进行实验设计、观察记录、分析推理的实践平台。素养价值渗透方面，通过剖析催化剂在化工生产（如合成氨）、生命活动（如酶）及环保领域（如汽车尾气处理）的广泛应用，引导学生体会化学作为“一门中心、实用和创造性的科学”对人类社会发展的巨大贡献，培育其科学精神与社会责任感。  学情是教学的起点。九年级学生已初步了解氧气的助燃性，并学习了加热高锰酸钾制氧的第一种方法，对化学实验充满好奇，但抽象思维和科学探究能力尚在发展中。其可能的认知障碍在于：第一，对催化剂“一变两不变”中“化学性质不变”的理解易表面化，难以与“参与反应但最终还原”的微观过程相联系；第二，在探究实验中，易混淆变量（如同时改变催化剂种类和过氧化氢浓度），导致结论不科学。因此，教学调适应以直观实验贯穿始终，通过对比鲜明的现象冲击感知，通过精心设计的问题链引导思维进阶。课堂中，我将通过“随堂提问”、“实验操作观察”和“任务单完成情况”进行动态学情评估，为思维卡点提供“知识脚手架”（如类比“化学红娘”）或调整探究步调，并为不同学习风格的学生提供多元表达成果的渠道（如文字描述、绘图示意、实物演示）。二、教学目标  知识目标：学生能准确书写过氧化氢分解的化学方程式，阐明其实验室制法的反应原理、装置特点及操作步骤；能基于实验事实，精准复述催化剂“一变两不变”的核心内涵，并辨析其与反应物、生成物的本质区别，构建关于气体制备的初步知识网络。  能力目标：学生能在教师引导下，小组协作设计并实施“探究不同物质对过氧化氢分解影响”的简单实验，初步学会运用控制变量法；能规范进行固液不加热型制气装置的装配与排水法集气操作，并安全、准确地观察、记录和描述实验现象。  情感态度与价值观目标：通过体验从生活素材（如土豆）中发现催化剂、到实验室规范探究、再到感悟其科技价值的全过程，学生能持续保持并增强对化学实验的好奇心与探究欲，在小组合作中养成倾听、互助、尊重证据的科学态度。  科学（学科）思维目标：通过“提出猜想设计实验验证分析得出结论”的完整探究循环，重点发展学生的实证思维与逻辑推理能力；借助对催化剂“参与反应过程但自身不变”的微观想象，初步建立“动态平衡”和“中间过程”的化学变化观念。  评价与元认知目标：学生能依据教师提供的简易实验设计评价量表，对自身或同伴的实验方案进行初步评判；能在课堂小结时，反思本课学习中的思维障碍点及突破方法，例如：“我是如何理解‘化学性质不变’这个难点的？”三、教学重点与难点  教学重点：过氧化氢制取氧气的反应原理及催化剂的概念。其确立依据有二：一是课标要求，此为认识“化学变化”多样性与规律性的重要载体，是构建“变化观念”这一学科大概念的基础；二是其高频、高价值的考点属性，中考中常以实验探究题形式，综合考查反应原理、装置选择及催化剂性质辨析，深刻体现化学学科的能力立意。  教学难点：对催化剂概念及催化作用机理的深层理解，特别是“化学性质在反应前后不变”的涵义。难点成因在于，此概念高度抽象，与学生“反应物被消耗”的直观经验相悖，且涉及对化学反应过程的微观动态想象，认知跨度大。突破方向在于，设计对比实验形成强烈认知冲突，继而通过形象比喻（如“化学红娘”、“助力跑道”）和分步动画演示，搭建从宏观现象到微观本质的思维桥梁。四、教学准备清单1.教师准备  1.1媒体与教具：交互式电子白板课件（含过氧化氢分解微观模拟动画、化工生产应用视频片段）；板书设计规划（左侧流程，右侧核心概念区）。  1.2实验器材（分组与演示）：5%过氧化氢溶液、二氧化锰粉末、水泥块（或碎瓷片）、新鲜土豆片、热水；锥形瓶、分液漏斗、双孔橡胶塞、导管、集气瓶、水槽、酒精灯、试管、药匙、火柴；安全护目镜、手套。  1.3学习材料：分层设计的学生探究任务单（含预习问题、实验记录表格、巩固练习）、催化作用原理的阅读拓展卡片。2.学生准备  复习加热高锰酸钾制氧气的步骤；预习课本过氧化氢制氧部分，并思考：“除了加热，还有什么方法能让过氧化氢更快地放出氧气？”3.环境布置  教室座位调整为4人一组实验合作模式；确保通风良好，预备废液回收桶。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与认知冲突：“同学们，上节课我们像一位‘加热师’，用加热高锰酸钾的方法获得了氧气。今天，我们换一种更‘温和’的原料——一瓶普通的医用双氧水，也就是过氧化氢溶液。”（教师展示一瓶安静的无色液体）“它常温下就能缓慢分解放出氧气，但速度太慢，不适合实验室收集。大家有什么办法，不加热，就能让它‘跑’得更快些吗？”（学生可能答：摇晃、加东西…）“好，我们来试试这位同学说的‘加东西’。”（教师向一份过氧化氢溶液中加入少量二氧化锰粉末，迅速产生大量气泡；同时向另一份仅加入蒸馏水的做对照）“看！发生了什么？这黑乎乎的粉末仿佛有‘魔力’，它自己没变少，却让氧气‘奔涌’而出！这是为什么？”  1.1提出核心问题与路径规划：“这神奇的‘魔力’就是今天我们要揭秘的——催化作用。本节课，我们将化身‘催化侦探’，第一，通过实验探究找到能让过氧化氢加速分解的‘钥匙’；第二，深入剖析这把‘钥匙’——催化剂的独特身份；第三，组装装置，亲手用这把‘钥匙’开启制取氧气的大门。准备好了吗？我们的探究之旅现在开始！”第二、新授环节  本环节以“探究催化剂”为核心，设计阶梯式任务，引导学生主动建构。任务一：寻找“加速”的钥匙——初步探究教师活动：首先明确探究主题：“哪些物质能加速过氧化氢分解？”提供二氧化锰、水泥块、土豆片三种材料。引导学生讨论：如何设计一个公平的“比赛”，比较它们的“加速”效果？我会追问：“比赛中，除了‘运动员’（加入的物质）不同，其他条件能不一样吗？比如过氧化氢的量、浓度、温度？”从而引出控制变量法的思想。随后，分发任务单，指导学生按“取等量、等浓度过氧化氢于三支试管→分别加入等量不同物质→同时放入盛有热水的烧杯（创设相同温升环境）→观察并比较气泡产生的剧烈程度”的步骤进行实验。巡视中，我会特别关注学生操作的规范性，并提示：“注意观察，反应后这些‘运动员’本身有什么变化吗？”学生活动：小组讨论设计实验方案的关键点，在教师引导下明确“控制变量”的重要性。分工协作进行对比实验，认真观察三支试管中气泡产生的速率差异，并记录现象。初步感知二氧化锰效果最显著，并关注加入物质反应前后的状态。即时评价标准：1.实验方案设计中，是否能明确说出需要控制的至少两个变量（如过氧化氢体积、浓度）。2.实验操作过程是否规范、有序，组员间协作是否高效。3.观察记录是否客观、详细，能否清晰描述现象差异。形成知识、思维、方法清单：★控制变量法是科学探究的重要思想：比较不同因素的影响时，必须只改变一个因素，保持其他因素完全相同，结论才可靠。★过氧化氢在常温下能分解，但速率慢：这是其作为制氧原料的基础性质。▲多种物质可能影响反应速率：除了后续学习的催化剂，温度、浓度等也是重要因素，为后续学习埋下伏笔。（教学提示：此环节不急于给出催化剂定义，重在积累感性认识与科学方法。）任务二：揭秘“钥匙”的身份——建立概念教师活动：邀请小组汇报任务一结果，聚焦效果最好的二氧化锰。提出核心问题：“二氧化锰在这个反应中扮演了什么角色？它是反应物吗？”引导学生分析：反应物会被消耗，而二氧化锰反应前后质量和状态似乎未变。进一步设问：“我们如何证实它‘没变’？仅仅看外观够吗？”引出对“化学性质不变”的探究。我会演示或播放视频：将反应后的混合物过滤、洗涤、干燥，得到的黑色粉末再次加入一份新的过氧化氢溶液中。“看，它依然能‘加速’！这说明它的‘本事’——化学性质没有改变。”进而板书并精讲催化剂“一变（改变化学反应速率）两不变（质量、化学性质在反应前后不变）”的核心概念。强调：“这里的‘一变’包括加快和减慢，我们中学阶段主要研究加快。”学生活动：汇报实验现象，参与讨论二氧化锰的角色。通过观察“回收二氧化锰再使用”的实验，直观理解“化学性质不变”的涵义。跟随教师讲解，在任务单上记录并复述催化剂定义的关键词。即时评价标准：1.能否根据实验现象，合理推断二氧化锰不是反应物或生成物。2.能否准确复述催化剂定义的三个要点。3.在理解“化学性质不变”时，是否表现出恍然大悟的神情或能用自己的话解释。形成知识、思维、方法清单：★催化剂的概念：“一变两不变”是其核心判据，是中考高频考点，必须准确记忆并理解。★催化作用的定义：催化剂所起的作用。▲催化剂的专一性与选择性：一种催化剂并非对所有反应都有效，一种反应也可能有多种催化剂（如土豆中的过氧化氢酶）。（教学提示：用“化学红娘”比喻催化剂，生动说明其“促成反应但自身不消耗”的特点，化解抽象感。）任务三：描绘“钥匙”的工作——微观想象教师活动：“我们已经从宏观上认识了催化剂，它在微观世界里是如何工作的呢？”播放或展示过氧化氢分子在二氧化锰表面“碰撞分解重组脱离”的模拟动画。配合解说：“二氧化锰就像提供一个更便捷的‘反应跑道’，过氧化氢分子在这里分手（分解成水和氧原子）再结合（氧原子结合成氧分子）变得容易多了，而‘跑道’本身在过程结束后完好如初。”引导学生对比有、无催化剂的反应路径能垒图（简化版），建立“催化剂改变反应路径，降低活化能”的初步印象。提问：“现在，你能更深刻地理解‘化学性质不变’了吗？它指的是这种‘提供跑道’的能力没有丧失。”学生活动：观看动画，尝试描述自己“看到”的微观过程。结合教师的比喻，努力将宏观的“加速”现象与微观的“路径改变”联系起来，深化对催化剂作用机理的定性理解。即时评价标准：1.观看动画时是否专注，并表现出兴趣。2.能否用类比（如跑道、桥梁）大致描述催化作用的微观过程。3.是否将微观想象与“化学性质不变”建立了联系。形成知识、思维、方法清单：▲催化作用的微观解释（定性）：催化剂通过提供活性中心，改变反应路径，降低反应所需的能量（活化能）。★“化学性质不变”的微观体现：是保持其特定表面结构或活性中心，从而持续发挥催化功能的能力不变。（教学提示：此部分不要求定量掌握，旨在突破难点，建立初步的微粒观和动态变化观。）任务四：应用“钥匙”开门——制取实践教师活动：“现在我们掌握了这把神奇的‘钥匙’，就来实际用它制取一瓶氧气吧！”引导学生回顾反应原理（板书化学方程式：2H₂O₂=（MnO₂催化）2H₂O+O₂↑），并分析反应物状态（液态、固态）和条件（常温）。提问：“根据‘固液不加热’的特点，我们应该选择哪套气体发生装置？收集方法呢？”展示几套装置图，引导学生与加热高锰酸钾的装置进行对比、选择。然后，示范组装固液常温型装置（如锥形瓶+分液漏斗），强调分液漏斗便于控制液体添加速度的优点。指导学生分组进行“制取与验满”操作：“注意先检查装置气密性；收集时导管口有连续均匀气泡冒出再开始；用带火星的木条放在瓶口验满。”学生活动：书写化学方程式，根据反应原理讨论并选择合适的气体发生与收集装置。观察教师示范，小组合作组装装置，进行制取操作，并用带火星的木条验证收集到的氧气。即时评价标准：1.能否根据反应原理正确选择发生和收集装置，并说明理由。2.实验操作是否规范、安全（特别是气密性检查与验满操作）。3.能否成功制得并验证氧气，体验到操作成功的喜悦。形成知识、思维、方法清单：★过氧化氢制氧的反应原理：化学方程式必须配平，条件写“MnO₂”或“催化剂”。★固液不加热型发生装置的选择与组装：关键部件是反应容器（锥形瓶/试管）和液体添加控制器（长颈漏斗/分液漏斗），这是气体制备知识体系的重要一环。★氧气的检验与验满方法：检验：使带火星木条复燃；验满：带火星木条放瓶口。（教学提示：与第一课时高锰酸钾制氧进行对比，归纳气体制备的“反应原理→装置选择→操作步骤”通用思路。）任务五：感悟“钥匙”的价值——拓展联系教师活动：“实验室里二氧化锰是‘好钥匙’，生活中、大自然里、工业上还有哪些神奇的‘钥匙’呢？”组织学生阅读拓展卡片或观看短片，了解汽车尾气处理中的三元催化剂、人体内的酶、合成氨工业中的铁触媒等实例。总结：“催化剂是化学工业的‘心脏’，它让许多不可能的反应成为可能，极大地提高了生产效率，节约了能源。当然，它也可能被用于不好的地方，这取决于使用它的人。”引导学生辩证看待科技应用。学生活动：阅读或观看资料，感受催化剂的广泛应用和巨大价值。参与讨论，分享自己所知道的其他催化剂的例子，体会化学与生活、社会的紧密联系。即时评价标准：1.是否能列举出至少一个催化剂在生产或生活中的应用实例。2.讨论中是否表现出对科技价值的认可及一定的社会责任感。形成知识、思维、方法清单：▲催化剂的广泛应用：是现代社会不可或缺的化学物质，渗透于化工、环保、生命科学等诸多领域。★学科价值认同：通过催化剂的学习，深刻体会化学在创造新物质、服务社会发展中的核心作用，提升学科认同感与学习内驱力。第三、当堂巩固训练  设计分层练习，进行针对性反馈。  基础层（全体必做）：1.判断：二氧化锰是过氧化氢分解的唯一催化剂。（）2.填空：在过氧化氢制氧气的反应中，二氧化锰是_____，它起_____作用，反应前后其_____和_____不变。  综合层（大多数学生完成）：3.下图是实验室制取气体的部分装置，其中适用于“过氧化氢溶液与二氧化锰混合制氧气”的是_____（填序号），选择理由是_____。4.设计一个实验方案，证明反应前后二氧化锰的化学性质没有改变。写出简要步骤和预期现象。  挑战层（学有余力选做）：5.（跨学科联系）生物课中学到的“酶”也是一种生物催化剂。请比较化学催化剂（如MnO₂）与酶（如过氧化氢酶）在作用条件（如温度、pH）上可能有什么不同？这给你什么启示？  反馈机制：基础题通过全班齐答或手势反馈快速核对；综合题通过小组互评、教师巡视抓取典型方案（正确与错误各一）进行投影点评，重点剖析实验设计的严谨性；挑战题作为思考题，鼓励学生课后查阅资料，下节课分享。第四、课堂小结  引导学生进行结构化总结与反思。“同学们，今天的‘催化侦探’之旅即将结束，哪位侦探来分享一下你的‘破案’收获？”鼓励学生从“知识（我学到了什么）、方法（我是怎么学的）、感悟（我有什么新认识）”三个维度进行小结。教师最后用简洁的思维导图进行板书统整：中心为“过氧化氢制氧气”，分支为“原理（方程式）”、“核心（催化剂概念）”、“装置（固液不加热）”、“价值（应用）”。布置分层作业：“必做题：完成练习册本节基础题；整理课堂笔记，绘制本课知识脉络图。选做题：查阅资料，了解工业上如何大规模生产二氧化锰催化剂；或尝试寻找家中还有哪些物质可能对过氧化氢分解有催化作用（注意安全，在成人陪同下进行小探索）。”“下节课，我们将比较几种制氧方法，并学习一种新的反应类型——分解反应。期待大家继续闪耀思维的火花！”六、作业设计  基础性作业（必做）：  1.熟记过氧化氢分解制氧气的化学方程式及催化剂的核心概念（“一变两不变”）。  2.完成课本本节后配套的基础练习题。  3.用流程图或思维导图梳理本课学习的主要内容。  拓展性作业（建议完成）：  4.情境应用题：某实验室欲用双氧水清洁消毒，但发现原装溶液冒气泡很慢，效果不佳。请你运用本节课知识，提供两种能提高其清洁效率的方法，并解释原理。  5.微型项目：以“催化剂的‘功’与‘过’”为主题，撰写一篇300字左右的小短文，结合实例谈谈催化剂对人类社会的利与弊。  探究性/创造性作业（选做）：  6.家庭小探究（确保安全）：在家长协助下，尝试用土豆块、猪肝（含过氧化氢酶）等生活材料催化双氧水分解，比较效果，并思考为什么新鲜材料效果更好？  7.创意表达：如果你是“催化剂”的代言人，请为你设计一句广告语或一幅宣传画，向公众介绍你的“神奇魔力”。七、本节知识清单及拓展  ★1.过氧化氢制氧气反应原理：化学方程式为2H₂O₂=(MnO₂催化)→2H₂O+O₂↑。条件写“MnO₂”或“催化剂”，箭头不能遗漏。  ★2.催化剂：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。口诀：“一变两不变”。  ★3.催化作用：催化剂在反应中所起的作用。催化剂不能决定反应能否发生，只影响速率。  ★4.催化剂的特点理解：“一变”指改变速率，多为加快，也有减慢（负催化剂）；“两不变”中“化学性质不变”是核心难点，需通过回收再实验来证明。  ★5.固液不加热型发生装置：适用于过氧化氢（液体）与二氧化锰（固体）常温反应。关键：容器（锥形瓶/试管）+添加液体仪器（长颈漏斗/分液漏斗）。分液漏斗可控制流速。  ★6.氧气的检验与验满：检验：将带火星的木条伸入集气瓶内，复燃则为O₂。验满（排水法）：当集气瓶口有大气泡冒出时已满；（向上排空气法）：将带火星木条放于集气瓶口，复燃则满。  ▲7.控制变量法：科学探究的核心方法之一。比较不同因素影响时，需只改变一个因素（自变量），控制其他因素完全相同。  ▲8.催化作用的微观解释（定性）：催化剂通过提供活性位点，使反应分子在其表面以更低的能量（更低的活化能）发生反应，改变了反应路径。  ▲9.催化剂的专一性：一种催化剂通常只对特定反应或一类反应有催化作用。如MnO₂对H₂O₂分解催化效果好，对其它反应未必。  ▲10.酶的催化：生物体内的高效、专一催化剂，通常需要温和的条件（适宜温度、pH）。  ▲11.工业催化剂（拓展）：如合成氨用的铁触媒、石油裂化用的分子筛、汽车尾气净化的三元催化剂等，是现代化工的基石。  ▲12.负催化剂：能减慢反应速率的物质，如橡胶、塑料中的防老剂。  ★13.与高锰酸钾制氧对比：原料状态与条件不同，导致发生装置不同，但收集方法（O₂不易溶于水、密度比空气大）相同，体现“原理决定装置”思想。  ▲14.过氧化氢的储存：应避光、低温密封保存，因为光照、加热会加速其分解。  ★15.易错点：催化剂一定是“反应前后”质量和化学性质不变，反应过程中可能参与变化（形成中间产物）；催化剂不是“催化剂”，不写“↑”或“↓”。  ▲16.学科价值：催化剂的研究是化学前沿领域，对于实现绿色化学、节能减排、新药合成等具有革命性意义。八、教学反思  （一）目标达成度分析  从假设的课堂实况看，本课预设的知识与技能目标达成度较高。通过“寻找钥匙揭秘身份描绘工作应用开门”的任务链，绝大多数学生能顺利书写化学方程式，复述催化剂概念，并选择正确装置。能力目标方面，小组探究实验有效地锻炼了学生的协作与观察能力，但在实验设计环节，仍有部分小组对“控制变量”的理解停留在表面，需在后续课程中反复强化。科学思维目标中的“微观想象”环节是亮点也是难点，动画与比喻的运用使抽象概念具象化，但课后仍需通过练习巩固理解。情感与元认知目标在“感悟价值”和“课堂小结”环节得到初步落实，学生表现出浓厚兴趣。  （二）教学环节有效性评估  1.导入环节：以“不加热如何加速”设问，衔接旧知，制造认知冲突，成功激发探究欲。“催化侦探”的角色设定贯穿始终，富有情境感。  2.新授核心任务：任务一至四环环相扣，逻辑清晰。任务二（建立概念）是枢纽，演示“回收再使用”实验是破解“化学性质不变”难点的关键一步，效果显著。任务三（微观想象）作为升华，弥补了教材的不足，有效促进了学生从宏观辨识到微观探析的素养发展。任务五（拓展联系）将课堂推向更广阔的社会生活视角，体现了化学的学科价值。  3.巩固与小结环节：分层练习满足了不同层次学生的需求，特别是挑战题的设计，为学有余力者提供了思维伸展空间。引导学生从知识、方法、感悟三维度进行小结，有助于形成结构化认知和元认知能力。  （三）学生表现深度剖析  在小组探究中，可观