资源简介

课题3 制取氧气（第2课时）
一、知识目标
明确催化剂的定义、特点和作用，能判断某种物质是否为反应的催化剂。
认识分解反应，掌握其定义、表达式和特点，学会辨别分解反应。
体会实验探究的一般思路，包括明确探究目的、设计实验方案、实施实验、获取证据、分析推理和形成结论。
二、素养目标
宏观辨识与微观探析：通过实验现象宏观认识催化剂对反应速率的影响，从微观角度理解反应实质。
证据推理与模型认知：通过实验探究，建立催化剂和分解反应的概念模型，能基于实验证据进行分析推理。
科学探究与创新意识：经历过氧化氢分解制取氧气中二氧化锰作用的探究过程，培养实验设计和操作能力，体会科学探究的重要性。
一、教学重点
重点：催化剂的概念和特点、分解反应的概念和判断。
二、教学难点
难点：催化剂概念的理解和实验探究思路的形成。
本节教学内容出自人教版2024版九年级化学上册第二单元课题3《制取氧气》的第2课时《催化剂和分解反应》。本课时内容是在学生学习了氧气的性质和实验室制取氧气的基础上展开的，它不仅是对氧气制取知识的进一步深化，也是学习后续化学知识的重要基础，在整个初中化学教学中起到承上启下的作用。 教材首先通过“大象牙膏实验”视频引入催化剂的概念，激发学生的学习兴趣，引导学生思考生活中类似加速化学反应的例子。接着，通过三个对比实验探究二氧化锰在过氧化氢制氧气中的作用，逐步引出催化剂的定义、特点和催化作用。然后，介绍了催化剂的发现过程以及实验探究的一般思路。最后，讲解分解反应的概念，并与化合反应进行对比，加深学生对化学反应基本类型的理解。教材内容编排由浅入深，符合学生的认知规律，注重实验探究和知识的形成过程，有助于培养学生的科学思维和探究能力。
教学对象是九年级的学生，他们正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，好奇心强，对化学实验充满兴趣，但逻辑思维和自主探究能力还有待提高。在知识储备方面，学生已经了解了氧气的性质和实验室制取氧气的方法，具备了一定的化学基础知识。然而，对于催化剂和分解反应等抽象概念，学生可能理解起来有一定难度。 在学习过程中，学生可能会对催化剂的“一变两不变”特点理解不够深刻，容易混淆催化剂改变反应速率和增加生成物质量的概念。同时，在判断分解反应时，可能会受到反应形式的干扰，不能准确把握分解反应“一变多”的本质特征。因此，在教学过程中，教师应充分利用实验探究和实例分析，引导学生积极参与课堂活动，帮助学生理解和掌握催化剂和分解反应的概念。此外，教师还应注重培养学生的科学思维和探究能力，让学生在实验探究中体验科学研究的过程，提高学生的学习兴趣和学习效果。
教学环节一 课堂导入
【播放“大象牙膏实验”视频】同学们，今天老师先给大家播放一段超有趣的实验视频。大家请看大屏幕，这个像牙膏一样大量涌出的实验就是“大象牙膏实验”。大家仔细观察，是不是在加入某些物质后，反应变得特别剧烈，大量的泡沫快速产生，感觉就像变魔术一样神奇！
【引导学生思考】看完这个精彩的视频，大家想一想，为什么加入了那些物质后，反应会变得这么快呢？在我们的生活中，还有没有类似能让反应加速的例子呢？（给学生一些思考和发言时间，鼓励学生积极分享，如可能会提到洗衣服时加入加酶洗衣粉能够快速去油污等）
【引出本节课主题】大家说得都很有想法。像实验中能让反应加速的物质，以及生活中加酶洗衣粉里的酶，它们都有着特殊的作用。在化学里，这类物质有一个专门的名称，而且它们背后还藏着很多有趣的知识。同时，在我们制取氧气的反应中，也和这类物质以及一种特殊的反应类型有关。那究竟什么是这类神奇的物质，这种特殊的反应类型又是什么样的呢？让我们一起走进今天的课堂，揭开它们的神秘面纱。
【设计意图】
激发学生兴趣：通过播放“大象牙膏实验”视频，以其新奇、震撼的实验现象迅速吸引学生的注意力，激发学生的好奇心和探索欲望，使学生对本节课的内容产生浓厚的兴趣，主动参与到课堂学习中来。
联系生活实际：引导学生思考生活中类似能加速反应的例子，将化学知识与生活实际相联系，让学生感受到化学在日常生活中的广泛应用，提高学生对化学学科的认同感和学习积极性。
自然导入新课：从实验和生活实例引出本节课要学习的催化剂和分解反应的主题，过渡自然流畅，让学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，提高学习的针对性和主动性。
教学环节二 催化剂及催化作用
活动一 探究二氧化锰在过氧化氢制氧气中的作用
【引入】同学们，我们先来看一个“大象牙膏实验”的视频，通过这个视频，我们能直观理解催化剂能够加速化学反应。大家想一想，在生活中还有没有这样的例子呢？比如洗衣服时加入加酶洗衣粉能够快速去油污。接下来，我们就一起探究二氧化锰在过氧化氢制氧气中的作用。
【问题】我们设计了三个实验来探究二氧化锰在过氧化氢制氧气中的作用，下面请同学们仔细观察实验现象并分析原因。
【观看实验视频或进行演示实验】
实验一：在试管中加入 (5mL3%) 过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管。观察到带火星的木条不复燃。思考得出常温下过氧化氢溶液分解很慢，放出的氧气少，不足以使带火星的木条复燃。
实验二：向上述试管中加入少量二氧化锰，把带火星的木条伸入试管。观察到加入二氧化锰后，带火星的木条复燃。思考得出二氧化锰加速了过氧化氢溶液的分解，放出的氧气能使带火星的木条复燃。
实验三：待上述试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管，待试管中又没有现象发生时，再重复上述操作。观察到重新加入过氧化氢溶液，带火星的木条复燃。思考得出氧气是过氧化氢产生的，二氧化锰只起加快产生氧气的作用。
【学生活动】完成表格内容
实验编号 现象 分析
一 带火星的木条不复燃 常温下过氧化氢溶液分解很慢，放出的氧气少，不足以使带火星的木条复燃。
二 加入二氧化锰后，带火星的木条复燃 二氧化锰加速了过氧化氢溶液的分解，放出的氧气能使带火星的木条复燃。
三 重新加入过氧化氢溶液，带火星的木条复燃 氧气是过氧化氢产生的，二氧化锰只起加快产生氧气的作用。
结论 二氧化锰能加快过氧化氢制氧气的速率，二氧化锰本身未见变化
【讲解】评价学生的分析，总结得出二氧化锰能加快过氧化氢制氧气的速率，二氧化锰本身未见变化。
【设计意图】通过播放有趣的实验视频和联系生活实例引入，激发学生的学习兴趣。让学生通过观察实验现象并分析原因，培养学生的观察能力和分析推理能力。对应训练可以及时巩固学生对实验现象和结论的理解。
活动二 催化剂及催化作用的概念
【问题】通过刚才的实验，我们知道了二氧化锰能加快过氧化氢制氧气的速率。那么二氧化锰在这个反应中到底扮演了一个什么角色呢？
【学生思考】思考并回答二氧化锰在过氧化氢制取氧气的反应中做催化剂。
【问题】二氧化锰对任何反应都有这样的效果吗？有没有其他物质对这个反应也有这样的效果？
【学生思考】思考后回答二氧化锰并非所有反应的催化剂，在一些反应中也可做反应物或生成物；硫酸铜溶液也可以作为过氧化氢制取氧气的催化剂。
【讲解】给出催化剂的定义：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身质量和化学性质在化学反应前后都没有发生变化的物质。强调催化剂的特点“一变两不变”，“一变”指能改变其他物质的反应速率（可以是加快、也可以是减慢），“两不变”指自身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化，且不能增大或减少生成物的质量。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。
【问题】判断某种物质是不是反应的催化剂，需要从哪些方面来设计实验进行探究呢？
【学生思考】思考并回答需要探究该物质是否能改变化学反应速率、探究该物质的质量在化学反应中是否发生改变、探究该物质的化学性质在化学反应中是否发生改变。
【设计意图】通过问题引导学生深入思考催化剂的相关概念，培养学生的思维能力。详细讲解催化剂的定义和特点，让学生准确掌握知识。对应训练进一步加深学生对催化剂概念的理解和应用。
活动三 催化剂的发现
【讲解】观看视频《催化剂的发现》了解催化剂的发现。
【设计意图】通过观看视频《催化剂的发现》，拓宽学生的知识面。
活动四 实验探究的一般思路
【讲解】在“探究——过氧化氢分解制取氧气的反应中二氧化锰的作用”中，我们根据探究目的设计了三个对比实验方案；观察和记录实验中带有火星的木条是否复燃等实验现象，收集证据；通过基于证据的分析推理，最后形成了催化剂的概念。然后总结实验探究的一般思路：明确探究目的、设计实验方案、实施实验、获取证据、分析推理、形成结论。
【设计意图】总结实验探究的一般思路，培养学生的科学探究能力。
活动五 典例精讲
1．我国石油化工专家闵恩泽院士，研发了多种用于石油化工生产的催化剂，为我国炼油催化剂制造技术奠定了基础。下列有关催化剂的说法正确的是
A．催化剂能增加生成物的质量
B．在化学反应中催化剂只能加快反应速率
C．催化剂在反应前后化学性质不变
D．过氧化氢溶液必须加入二氧化锰才能分解出氧气
【学生回答】C
【详解】A、催化剂只能改变化学反应速率，对生成物的质量没有影响，使用催化剂不能增加生成物的质量，该选项错误；
B、催化剂能改变化学反应速率，既可以加快反应速率，也能减慢反应速率，该选项错误；
C、催化剂在反应前后质量和化学性质都不变，该选项正确；
D、过氧化氢溶液在常温下就能分解出氧气，只是分解速率较慢，加入二氧化锰能加快分解速率，但不是必须加入二氧化锰才能分解出氧气，该选项错误。
故选C。
2．某兴趣小组用30%的过氧化氢溶液完成以下实验。下列说法不正确的是
A．图2中冰水混合物的作用是将水蒸气冷凝
B．图3、4对比可知，温度会影响化学反应速率
C．图1、4对比可知，是否加入催化剂会影响化学反应速度
D．图1、2对比可知，1中未复燃是因为加热后产生大量的水蒸气，冲淡了氧气浓度
【答案】D
【详解】A、图2中冰水混合物用于冷凝氧气中的水蒸气，故A不符合题意；
B、图3和图4的对比（温度不同）可直接反映温度对反应速率的影响，故B不符合题意；
C、图1（无催化剂）和图4（有催化剂）的对比能证明催化剂的作用，加入催化剂会影响化学反应速度，故C不符合题意；
D、图1未复燃的主要原因是未使用催化剂，导致氧气产生速率慢，而非水蒸气冲淡氧气浓度， 故D符合题意。
故选D。
3．某实验小组设计了如下实验探究过氧化氢分解中二氧化锰的作用。下列说法不正确的是
A．实验甲中带火星的木条未复燃是因为过氧化氢常温下不分解
B．实验甲、乙说明能加快过氧化氢分解
C．实验乙、丙说明反应前后的化学性质不变
D．要说明是过氧化氢分解的催化剂，还需称量实验前后的质量
【学生回答】A
【详解】A、实验甲中带火星的木条不复燃，是因为过氧化氢分解放出氧气的量很少，故A符合题意；
B、对比实验甲和实验乙，实验甲中带火星的木条不复燃，实验乙中带火星的木条复燃，说明MnO2能加快过氧化氢分解，故B不符合题意；
C、实验丙中带火星的木条复燃，则通过对比实验乙和实验丙，说明反应前后MnO2的化学性质不变，故C不符合题意；
D、催化剂在化学反应前后质量和化学性质不变。则要说明MnO2是过氧化氢分解的催化剂，还需称量实验前后MnO2的质量，故D不符合题意。
故选A。
教学任务三 分解反应
活动一 分解反应的概念
【引入】我们学习了过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解制取氧气的反应，还有高锰酸钾加热分解制取氧气的反应。下面我们来分析这两个反应的特点。
【问题】写出高锰酸钾加热分解和过氧化氢分解的文字表达式，并观察反应物和生成物的种类有什么特点。
【学生活动】写出文字表达式：高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气，过氧化氢水+氧气。观察得出反应物都是一种，生成物是两种或两种以上。
【讲解】给出分解反应的定义：由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应，叫做分解反应。强调其特点是“一变多”，表达式为 (A→B + C+)。
【设计意图】通过具体的化学反应引入分解反应的概念，让学生从熟悉的反应入手，便于理解。让学生自己分析反应特点，培养学生的归纳总结能力。对应训练巩固学生对分解反应概念的理解。
活动二 分解反应与化合反应的比较
【问题】我们之前学过化合反应，现在请同学们回顾化合反应的定义、表达式和特点，并与分解反应进行比较。
【学生活动】回顾化合反应的定义：由两种或两种以上其他物质生成另一种物质的反应；表达式：(A + B+→X)；特点：“多变一”。然后与分解反应进行比较，填写下表：
反应类型 定义 表达式 特点
分解反应 由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应 (X→A + B+) 一变多
化合反应 由两种或两种以上其他物质生成另一种物质的反应 (A + B+→X) 多变一
【讲解】评价学生的填写情况，强调分解反应和化合反应都是化学反应的基本类型，二者属于并列关系。
【设计意图】通过对比分解反应和化合反应，让学生更清晰地掌握两种反应类型的区别和联系。对应训练加深学生对两种反应类型的判断能力。
活动四 典例精讲
1．下列反应属于分解反应的是
A．水氢气+氧气 B．酒精+氧气二氧化碳+水
C．大理石+盐酸氯化钙+二氧化碳+水 D．碳+氧气二氧化碳
【学生回答】A
【详解】A、分解反应是指由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应，其特点是：只有一个反应物，且反应物必须是化合物，产物可以是单质或化合物，水在通电条件下分解为氢气和氧气，该反应中，反应物只有水（一种化合物），生成物是氢气和氧气（两种单质），符合分解反应的定义，此选项正确；
B、酒精和氧气在点燃条件下反应生成二氧化碳和水，该反应中，反应物是酒精和氧气（两种物质），生成物是二氧化碳和水，分解反应要求只有一种反应物，因此不符合，此选项错误；
C、大理石（主要成分为碳酸钙）和盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水，该反应中，反应物是大理石和盐酸（两种物质），生成物是三种物质，分解反应要求只有一种反应物，因此不符合，此选项错误；
D、碳和氧气在点燃条件下反应生成二氧化碳，该反应中，反应物是碳和氧气（两种物质），生成物只有二氧化碳一种物质，这属于化合反应（两种或多种物质生成一种物质的反应），不是分解反应，此选项错误。
故选A。
2．1755年，布莱克通过煅烧石灰石CaCO3CaO+CO2↑第一次制得纯净的二氧化碳，该反应属于
A．化合反应 B．分解反应 C．置换反应 D．复分解反应
【学生回答】B
【详解】，该反应符合“一变多”的特点，属于分解反应，故选：B。
3．下列反应中，既不属于化合反应，又不属于分解反应的是
A．水氢气+氧气 B．硫+氧气二氧化硫
C．二氧化碳+水→碳酸 D．甲烷+氧气二氧化碳+水
【学生回答】D
【详解】A、水通电生成氢气和氧气，符合“一变多”特征，属于分解反应，故选项错误；
B、硫和氧气燃烧反应生成二氧化硫，符合“多变一”特征，属于化合反应，故选项错误；
C、二氧化碳和水反应生成碳酸，符合“多变一”特征，属于化合反应，故选项错误；
D、甲烷和氧气燃烧反应生成二氧化碳和水，既不是“多变一”的分解反应也不是“一变多”的化合反应，故选项正确。
故选：D。
课题3 制取氧气（第2课时）
一、催化剂及催化作用
探究二氧化锰在过氧化氢制氧气中的作用
实验一：常温过氧化氢溶液分解慢
实验二：二氧化锰加速分解
实验三：二氧化锰只起加快作用
催化剂及催化作用
定义：改变速率，质量和化学性质不变
特点：一变（改变速率）二不变
作用：催化作用
实验探究思路
能否改变化学速率
质量是否改变
化学性质是否改变
二、分解反应
定义：一变多
表达式：A→B + C + …
与化合反应比较
表达式
特点：一变多（分解） 多变一（化合）
关系：并列
1．兴趣小组用图甲所示装置探究不同催化剂对过氧化氢分解的催化效果。取大小相同的新鲜土豆块和新鲜猪肝块作催化剂，分别加入 10mL 相同浓度的过氧化氢稀溶液后，用传感器测量装置中气压的变化，如图乙中曲线a、b所示。结合实验和曲线a、b分析，下列说法正确的是
A．催化效率更高的是土豆块
B．过氧化氢分解的反应是吸热反应
C．加猪肝块催化的过氧化氢完全反应所用的时间大约是120s
D．不同催化剂对反应产物的质量没有影响
【答案】D
【详解】A、结合实验和曲线a、b分析，相同时间内曲线a（猪肝块作催化剂）的气压变化比曲线 b（土豆块作催化剂）大，说明反应速率更快，所以两种催化剂中催化效率更高的是猪肝块，故说法错误；
B、从曲线a、b的变化可以看出，随着反应进行，压强增大，但一段时间后压强均有减小，说明反应过程中除生成气体导致压强增大，还因为温度升高压强增大，反应结束一段时间后恢复室温，气压减小，所以过氧化氢分解的反应是放热反应，故说法错误；
C、由图可知，30s时加猪肝块催化的过氧化氢使装置内压强达到最大，说明加猪肝块催化的过氧化氢完全反应所用的时间大约是30s，故说法错误；
D、最终压强相同，则说明最终生成的气体体积相同，生成同种气体且最终压强相等则生成气体质量相同。所以不同催化剂对反应产物的质量没有影响，故说法正确。
故选D。
2．2021年诺贝尔化学奖揭晓、两位科学家因“在不对称有机催化研究方面的进展”被授予该奖项。下列关于催化剂的叙述中，正确的是
A．在化学反应后其质量减小 B．在化学反应后其化学性质不变
C．催化剂只能加快化学反应速率 D．能使任何物质间都发生化学反应
【答案】B
【详解】A、化学反应前后催化剂的质量不变，不符合题意；
B、化学反应前后催化剂的化学性质不变，符合题意；
C、催化剂能改变化学反应速率，可能是加快，也可能是减慢，不符合题意；
D、催化剂仅改变反应速率，不能决定反应是否发生，不符合题意。
故选B。
3．如图所示，过氧化氢在催化剂碘化钾作用下可迅速分解生成气体，量筒中涌出柱状的泡沫被形象地称为“大象牙膏"。下列说法错误的是
A．实验过程中需要佩戴护目镜
B．碘化钾增加了产生气体的量
C．反应前后碘化钾的质量和化学性质不变
D．其他条件不变，过氧化氢溶液的浓度越大，涌出柱形泡沫
【答案】B
【详解】A、由于反应比较剧烈，为避免液体溅出，伤害眼睛，所以实验过程中需要佩戴护目镜，选项正确；
B、碘化钾是反应的催化剂，只改变反应的速率，不能增加生成物质量，选项错误；
C、碘化钾是反应的催化剂，反应前后质量和化学性质不变，选项正确；
D、其他条件不变，过氧化氢溶液的浓度越大，反应越剧烈，涌出柱形泡沫速度越快，选项正确；
故选B。
4．在H2O2分解制O2的反应中MnO2作催化剂，下列有关催化剂说法不正确的是
A．反应前后性质不发生改变 B．反应前后质量不发生改变
C．某些反应可使用不同的催化剂 D．某些催化剂可催化不同的反应
【答案】A
【分析】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。
【详解】A、催化剂在化学反应前后化学性质不发生改变，但是物理性质可能会改变，例如形状等。说反应前后性质不发生改变不准确，说法不正确，不符合题意；
B、催化剂的特点之一是在化学反应前后质量不发生改变，说法正确，不符合题意；
C、某些反应可使用不同的催化剂，例如过氧化氢分解制氧气，除了二氧化锰可以作催化剂外，硫酸铜溶液、红砖粉末等也可以作该反应的催化剂，说法正确，不符合题意；
D、某些催化剂可催化不同的反应，例如二氧化锰不仅可以催化过氧化氢分解，还可以在氯酸钾分解制取氧气的反应中作催化剂，说法正确，不符合题意。
故选A。
5．下列反应中属于分解反应的是
A．氧化钙+水→氢氧化钙 B．碳酸钙→氧化钙+二氧化碳
C．氢氧化钠+盐酸→氯化钠+水 D．铁+硫酸铜→硫酸亚铁+铜
【答案】B
【详解】A、，该反应符合“多变一”的特点，属于化合反应，不符合题意；
B、，该反应符合“一变多”的特点，属于分解反应，符合题意；
C、，该反应不符合“一变多”的特点，不属于分解反应，不符合题意；
D、，该反应不符合“一变多”的特点，不属于分解反应，不符合题意。
故选：B。
在本节课的教学中，通过“大象牙膏实验”导入，成功吸引了学生的注意力，激发了他们的学习兴趣。在讲解催化剂及催化作用时，借助实验探究，让学生直观地感受二氧化锰对过氧化氢分解的影响，学生对催化剂的概念理解较为清晰。但在实验过程中，部分学生操作不够规范，需要加强指导。
在讲解分解反应时，通过与化合反应对比，学生能较好地区分两者。然而，在随堂演练中发现，部分学生对催化剂的特点和分解反应的判断仍存在混淆，后续需要加强针对性练习。总体而言，本节课基本达成教学目标，但在实验指导和知识巩固方面还有待加强。

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