资源简介

《Na2O2与H2O反应的异常现象及反应历程探究》
一、教材与学情分析
（一）使用教材
本节课是人教版高中化学《必修1》第三章的实验探究课。
（二）教材分析
教材内容主要包括过氧化钠的性质与应用，设置了过氧化钠与水反应实验，其作为金属化合物部分第一个实验，具有重要的实验教学意义。学情方面，学生先后学习了化学实验基本方法、氧化还原反应、过氧化钠的性质，同时也具有了一定的实验设计和动手操作能力。但逻辑思维和实验探究方面仍需进一步的提高。
二、实验教学目标
（一）教学目标
（1）通过对Na2O2与H2O反应异常现象的发现，引导学生探析微观反应历程。
（2）通过对Na2O2与H2O反应的探究及异常现象的论证，熟悉科学探究的一般步骤，培养学生的证据意识。
（3）在解释对Na2O2与H2O反应异常现象的过程中，建立认知模型，揭示现象的本质和规律.
（二）评价目标
（1）通过对Na2O2与H2O反应的探究实验方案的交流与点评，诊断并发展学生实验探究的水平（定性、定量）。
（2）通过对Na2O2与H2O反应的判断和分析，诊断并发展学生对氧化还原反应本质和化学能量变化的认识水平。
三、实验原理与药品
（一）实验原理
2Na2O2
+
2H2O
=4NaOH+
O2↑
Ⅰ.
Na2O2+2H2O
=
H2O2+2NaOH
Ⅱ.
2H2O2
=
2H2O+O2↑
（二）实验药品与仪器
药品：过氧化钠、蒸馏水、酚酞试液、氢氧化钠溶液、盐酸、木条等。
仪器：试管、滴管、三颈烧瓶、分液漏斗、酒精灯、数字化技术装备、集热式恒温磁力搅拌器等。
图1
实验药品与仪器
四、实验创新要点
根据高中化学课程标准的要求，结合本节课的内容，设置两个科学探究：1、褪色异常现象探究；2、初始大量气泡探究。
创新要点：
1、两个科学探究问题均来自于真实教学过程中的“异常现象”，在整个过程中，突出科学探究的重要性，帮助学生构建科学探究的思维模型。
2、利用常规试管实验定性解决探究问题，锻炼学生逻辑思维；常规试管实验无法满足实验需求时，引入数字化技术设备，将实验由定性转为定量，宏观现象与微观数据相结合，精准探究实验问题。
3、利用数字化技术设备，探析微观反应历程，探究Na2O2与H2O反应知识的本原。
五、实验教学过程
【褪色异常现象探究】
（1）发现问题：
在上节课过氧化钠性质教学中，学生利用带火星木条验证了过氧化钠与水反应的产物O2，但在验证另一个产物NaOH时，向反应后溶液滴加酚酞，溶液变红，即可证明有NaOH生成，但同时出现了一个异常现象：溶液变红后又立刻褪色。
图2
异常现象1：溶液变红后又褪色
这一异常现象引发了学生们强烈的探究欲望，为何向Na2O2与H2O反应后溶液中滴加酚酞后先变红后褪色？
我以此作为探究问题，与学生一同进行科学探究。
（2）提出猜想：
学生小组讨论，认为是实验产物或中间产物使溶液褪色，提出了三种猜想：1.
O2的原因；2.
NaOH的原因；3.
H2O2的原因。
图3
学生针对于褪色问题的猜想
（3）查阅资料、设计方案、实验探究：
针对猜想1，学生设计实验方案，向滴加酚酞的NaOH溶液中通入O2，（播放视频），溶液未褪色，因此猜想1不成立；
由于猜想2已超出学生已有知识范围，学生之前只知氢氧化钠溶液可使酚酞变红，但进一步查阅资料可知，浓NaOH溶液可以使溶液褪色，因此，我将此信息以资料卡片的形式推送给学生。学生设计实验方案，向浓氢氧化钠溶液中滴加酚酞（播放视频），溶液先变红后褪色，猜想2看似成立；
针对猜想3，通过查阅资料，学生了解了过氧化氢的强氧化性能破坏有机色素结构，具有漂白性，学生设计实验方案，向滴加酚酞的NaOH溶液中滴加H2O2，（播放视频），溶液褪色，猜想3同样成立；
至此，学生们对褪色问题提出的猜想2和3均成立，学生们进一步提出疑问，具体是哪一种起关键作用呢？
学生们小组讨论，两个小组分别提出了两种实验方案验证，方案1：向Na2O2与H2O反应后溶液滴加盐酸调至pH=10，再滴加酚酞，此方案学生们更多的关注浓NaOH的褪色机理，通过调节pH，排除浓NaOH
影响；方案2：向Na2O2与H2O反应溶液滴加酚酞，溶液褪色后，再滴加盐酸至过量，此方案学生们更多的关注H2O2的褪色机理，破坏结构而褪色，溶液不可恢复红色。学生具体实验过程和现象如图所示，（播放视频），1中实验现象：滴加酚酞后，溶液仍先变红后褪色；2中实验现象：溶液始终不恢复红色。
（4）得出结论：
至此，学生们明确了造成Na2O2与H2O反应后溶液中滴加酚酞后先变红后褪色的主要原因是中间产物H2O2。
【初始大量气泡探究】
（1）提纯问题：
成功得出中间产物H2O2是褪色的主要原因后，有同学针对反应历程提出疑问，Na2O2与H2O反应历程分为两步，为何反应初始仍然立刻有大量气泡产生。以学生初中对于过氧化氢的认识，在未加催化剂的条件下，H2O2不会如此快速分解。
（2）提出猜想：
我以此作为探究问题，与学生一同进行科学探究。学生们小组讨论，提出了两种可能的猜想：1：温度的影响，2：强碱性环境的影响。
图4
学生针对于初始大量气泡产生问题的猜想
由于开始产生气泡速度过快，无法通过肉眼辨识气泡产生速率，也就无法判断过氧化氢分解情况。此时，常规试管实验已无法满足学生对于反应历程探究，我将实验室的数字化技术设备介绍给他们，引导学生利用数字化技术设备，由之前的定性转为定量实验验证。
针对于猜想，我与学生一同设计方案，组装装置。利用集热式恒温磁力搅拌器控制反应温度，此为三颈烧瓶，瓶内加入磁子和过氧化钠，一口连接分液漏斗，其中加入水或酸，一口用橡胶塞塞住，中间一口连接O2传感器，连接电脑软件，测定氧气含量变化。控制水浴温度28oC，点开软件，开始测量体系内氧气含量变化，打开分液漏斗，使水流下，与过氧化钠反应，关闭分液漏斗。
针对于猜想1：温度的影响。实验结果如图1所示，此时控制的变量为温度，水浴分别为9oC、28oC和50oC，最终氧气含量分别为38.9%、43.9%和47.4%。由此学生得出结论1：温度升高促进了Na2O2与H2O反应产生的过氧化氢分解。
图5
温度对于Na2O2与H2O反应产生的过氧化氢分解情况的影响
针对于猜想2：pH的影响。实验结果如图2所示，此时控制的变量为pH，由于过氧化钠与水反应是体系呈现强碱性，因此学生通过加酸的方式改变溶液中氢离子浓度，即向装置内分别加入等量H2O、0.1mol/L盐酸和20
mL
1mol/L
盐酸。最终氧气含量分别为43.9%、40.6%和38.6%。由此学生得出结论2：强碱性的环境促进了Na2O2与H2O反应产生的过氧化氢分解。
图6
pH对于Na2O2与H2O反应产生的过氧化氢分解情况的影响
综上实验，学生们明确Na2O2与H2O反应放出大量热使体系温度升高，产物NaOH使体系呈现强碱性，两者共同促进过氧化氢的快速分解。通过查阅无机化学课本，确定了Na2O2与H2O反应的两步反应历程。
六、实验效果评价
本节实验课通过两个科学探究的设置，帮助学生构建科学探究的思维模型，熟悉科学探究步骤，培养证据意识；将宏观现象与微观数据相结合，定性到定量的分析，提升学生的宏观辨识与微观探析核心素养；探究知识的本原，明确反应历程，揭示现象的本质和规律。
4
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5(共24张PPT)
Na2O2与H2O反应的异常现象
及反应历程探究
说
课
Contents
A
教材与学情分析
B
实验教学目标
C
实验原理与药品
E
实验教学过程
D
实验教学方式
说课内容
F
实验效果评价
一.教材与学情分析
对教材的分析
1
过氧化钠的性质
（金属化合物知识）
学生已学习金属钠的相关知识，并且对过氧化钠的物理性质有了一定的认识。
化学实验基本方法
（化学基本能力）
学生已有一定的实验操作能力，但对科学探究的系统方法等认知比较欠缺。
实验综合探究
（化学核心素养）
学生具备一定设计实验的能力，但对实验的综合探究方面仍存在不足。
对学情的分析
2
1
2
3
通过对Na2O2与H2O反应异常现象的发现，引导学生探析微观反应历程；
通过对Na2O2与H2O反应的探究及异常现象的论证，熟悉科学探究的一般步骤，培养学生的证据意识；
在解释对Na2O2与H2O反应异常现象的过程中，建立认知模型，揭示现象的本质和规律；
教学目标
评价目标
二.实验教学目标
通过对Na2O2与H2O反应的探究实验方案的交流与点评，诊断并发展学生实验探究的水平（定性、定量）。
通过对Na2O2与H2O反应的判断和分析，诊断并发展学生对氧化还原反应本质和化学能量变化的认识水平。
1
2
2Na2O2
+
2H2O
=4NaOH+
O2↑
实验原理
三.实验原理与药品
实验药品与仪器
药品：过氧化钠、蒸馏水、酚酞试液、氢氧化钠溶液、盐酸、木条
仪器：试管、滴管、三颈烧瓶、分液漏斗、酒精灯、数字化技术装备、集热式恒温磁力搅拌器
Ⅰ.
Na2O2+2H2O
=
H2O2+2NaOH
Ⅱ.
2H2O2
=
2H2O+O2↑
四.实验教学方式
科学探究的一般步骤：
发现问题
提出猜想
设计方案
实验探究
得出结论
查阅资料
科学探究1：
褪色异常现象探究
科学探究2：
初始大量气泡探究
高中化学课程标准（2017）
推测产物
设计实验
O2验证
NaOH验证
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
发现问题
提出猜想
设计方案
实验探究
得出结论
查阅资料
带火星木条复燃，成功验证O2
向反应后溶液中滴加酚酞
预计现象：
溶液变红，验证NaOH
异常现象：溶液变红后褪色
发现问题
提出猜想
设计方案
实验探究
得出结论
查阅资料
问题1：
为何向Na2O2与H2O反应后溶液中滴加酚酞先变红后褪色
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
发现问题
提出猜想
实验产物或中间产物使溶液褪色
问题1：为何向Na2O2与H2O反应后溶液中滴加酚酞先变红后褪色？
设计方案
实验探究
得出结论
查阅资料
学生小组讨论：
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
猜想1：生成的O2
可能使溶液褪色
问题1：为何向Na2O2与H2O反应后溶液中滴加酚酞先变红后褪色？
【实验现象】
通入O2
后溶液未褪色
【实验方案】
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
猜想2：生成的
NaOH
可能使溶液褪色
【资料】
【实验方案】
问题1：为何向Na2O2与H2O反应后溶液中滴加酚酞先变红后褪色？
【实验现象】
滴加酚酞后溶液先变红后
褪色
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
【资料】
H2O2的氧化性能破坏有机色素，因此可以漂白纸张、织物
猜想3：可能生成中间产物H2O2，使溶液褪色
【实验方案】
问题1：为何向Na2O2与H2O反应后溶液中滴加酚酞先变红后褪色？
【实验现象】
滴加H2O2
后，溶液褪色
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
猜想3：可能生成中间产物H2O2，使溶液褪色
猜想2：生成的
NaOH
可能使溶液褪色
猜想1：生成的O2
可能使溶液褪色
问题1：为何向Na2O2与H2O反应后溶液中滴加酚酞先变红后褪色？
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
关注H2O2的褪色机理：
强调H2O2的漂白作用破坏酚酞分子结构，溶液不可恢复红色
关注浓NaOH的褪色机理：
浓NaOH
(pH=14)溶液中酚酞无色，pH=10时又会变红，调节pH，排除浓NaOH
影响
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
【实验方案2】：
【实验方案1】：
【实验方案2】
【实验方案1】
【实验现象】溶液始终不恢复红色
【实验现象】滴加酚酞后，溶液仍先变红后褪色
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
猜想3：可能生成中间产物H2O2，使溶液褪色
猜想2：生成的
NaOH
可能使溶液褪色
猜想1：生成的O2
可能使溶液褪色
问题1：为何向Na2O2与H2O反应后溶液中滴加酚酞先变红后褪色？
主要原因
五.实验教学过程-褪色异常现象探究
次要原因
反应历程
五.实验教学过程-初始大量气泡探究
2Na2O2
+
2H2O
=4NaOH+
O2↑
问题2：
Na2O2与H2O反应历程分为两步，为何反应初始仍然立刻有大量气泡产生
Ⅰ.
Na2O2+2H2O
=
H2O2+2NaOH
Ⅱ.
2H2O2
=
2H2O+O2↑
问题2：为何Na2O2与H2O反应分两步，仍然立刻有大量气泡产生？
由于开始产生气泡速度过快，无法通过肉眼辨识气泡产生速率
五.实验教学过程-初始大量气泡探究
数字化技术实验（定量）验证
常规试管实验(定性)无法满足历程探究
pH传感器
溶解氧
温度传感器
O2传感器
CO2传感器
Cl2传感器
定性
定量
O2传感器
五.实验教学过程-初始大量气泡探究
【实验探究】：猜想1
温度的影响
水浴28oC
水浴50oC
2
g
Na2O2+20
mL
H2O
结论1：
温度升高促进Na2O2与H2O反应产生的过氧化氢分解
Na2O2与H2O反应，19.2%
Na2O2与H2O反应，19.2%
O2含量变化
O2含量变化
O2含量变化
水浴9oC
Na2O2与H2O反应，19.2%
控制变量：温度
①
②
③
五.实验教学过程-初始大量气泡探究
结论2：
强碱性促进Na2O2与H2O反应产生的
过氧化氢分解
【实验探究】：猜想2
pH的影响
20
mL
H2O
Na2O2与酸反应，19.2%
Na2O2与H2O反应，19.2%
水浴28oC
20
mL
1mol/L盐酸
20
mL
0.1mol/L
盐酸
Na2O2与酸反应，19.2%
O2含量变化
O2含量变化
O2含量变化
①
②
③
控制变量：pH
五.实验教学过程-初始大量气泡探究
Na2O2与H2O反应放出大量热使体系温度升高，产物NaOH使体系呈现强碱性，共同促进过氧化氢的快速分解
查阅资料
节选自吉林大学等，无机化学(下册)，高等教育出版社
问题2：为何Na2O2与H2O反应分两步，仍然立刻有大量气泡产生？
五.实验教学过程-初始大量气泡探究
科学探究的一般步骤：
发现问题
提出猜想
设计方案
实验探究
得出结论
查阅资料
科学探究1：实验异常现象探究
科学探究2：化学反应历程探究
六.实验效果评价
C
明确反应历程，揭示本质和规律
探究知识本原
宏观微观结合
B
宏观辨识与微观探析，定性定量
A
熟悉科学探究步骤，培养证据意识
思维模型构建
T
感谢聆听
HANK
YOU!

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