鄔宗炯 盧文杰 石明昊

化學(xué)反應(yīng)速率，是指在一定條件下反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成生成物的快慢程度。在“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”教學(xué)中，學(xué)生能通過(guò)實(shí)驗(yàn)感知化學(xué)反應(yīng)的快慢，尤其是明白使用催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響原理，并能夠?qū)W會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究選擇最理想的催化劑，這需要教師在課堂教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。本文以探究催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響為例，進(jìn)行基于核心素養(yǎng)的化學(xué)教學(xué)課例研究。

物質(zhì)、結(jié)構(gòu)和反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)課程內(nèi)容的三大主題?；瘜W(xué)反應(yīng)速率對(duì)學(xué)生深入理解化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)、反應(yīng)進(jìn)程和反應(yīng)的限度都有非常重要的意義。普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，了解催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，知道化學(xué)反應(yīng)是有歷程的，認(rèn)識(shí)基元反應(yīng)活化能對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率的調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的重要意義，知道催化劑可以改變反應(yīng)歷程，對(duì)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率有重要意義。

因此，在教學(xué)中以實(shí)驗(yàn)探究催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響是本課例的重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究學(xué)會(huì)選擇合適的催化劑，并在教學(xué)中滲透反應(yīng)歷程的基本思想，有助于學(xué)生理解掌握催化劑影響化學(xué)反應(yīng)速率的原理。

一、趣味實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入新課

實(shí)驗(yàn)1：將方糖放入燃燒匙加熱，方糖溶化但不燃燒，另取一塊方糖，加入少許煙灰，加熱，方糖燃燒。

學(xué)生通過(guò)完成趣味實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也對(duì)煙灰在糖的燃燒中所起的作用產(chǎn)生了探究欲望，教師可以順利導(dǎo)入本節(jié)課——催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究不同催化劑對(duì)H2O2分解速率的影響

【實(shí)驗(yàn)儀器】數(shù)字化實(shí)驗(yàn)軟件，氧氣傳感器，錐形瓶，膠頭滴管，藥匙。

【實(shí)驗(yàn)藥品】5%H2O2溶液，0.5 mol/L FeCl3溶液，0.5 mol/L CuSO4溶液，MnO2粉末。

【實(shí)驗(yàn)步驟】

1.取3支錐形瓶，分別向錐形瓶中量取10 mL 5% H2O2溶液。

2.分別向錐形瓶中加入5滴0.5 mol/L的CuSO4溶液、0.5 mol/L FeCl3溶液和少量MnO2粉末，用氧傳感器測(cè)定約90s內(nèi)錐形瓶中氧氣的百分含量，并繪制氧氣百分含量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系圖。

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以直觀地觀察對(duì)比不同催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，同時(shí)通過(guò)繪制氧氣百分含量與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系圖，從數(shù)據(jù)角度得出結(jié)論。

本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)意圖首先在于探究不同催化劑對(duì)雙氧水分解速率的影響，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)不同催化劑的催化效果差異，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和證據(jù)推理意識(shí)，為后續(xù)探究催化劑影響化學(xué)反應(yīng)速率的原理做鋪墊。讓學(xué)生自己提出有意義的問(wèn)題，并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析討論、探究后最終解決問(wèn)題，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究和創(chuàng)新意識(shí)，讓他們勤于實(shí)踐，善于合作，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新。

三、巧用“有效碰撞理論”解釋問(wèn)題

教師引導(dǎo)學(xué)生就不同催化劑對(duì)雙氧水催化效果的差異進(jìn)行討論，指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合教材序言部分的有效碰撞理論解釋。學(xué)生對(duì)催化劑催化雙氧水分解畫(huà)出能壘圖，教師結(jié)合學(xué)生分析給出標(biāo)準(zhǔn)能壘圖并指導(dǎo)學(xué)生理解催化劑的催化機(jī)理。學(xué)生通過(guò)討論，學(xué)會(huì)依據(jù)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果，選擇合適的催化劑。

本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖是讓學(xué)生分析歸納構(gòu)建理論聯(lián)系實(shí)際的模型，通過(guò)對(duì)有效碰撞理論的理解，建立宏觀辨識(shí)與微觀探析的辯證關(guān)系，通過(guò)能壘圖學(xué)會(huì)用化學(xué)用語(yǔ)表達(dá)化學(xué)反應(yīng)的歷程，并通過(guò)對(duì)催化劑的選擇，知道調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究的意義。

四、精選練習(xí)，反饋評(píng)價(jià)

練習(xí)1：中國(guó)科學(xué)院大連化物所“CO2催化轉(zhuǎn)化為CO的研究”獲得新成果。下圖為使用不同催化劑（NiPc和CoPc）時(shí)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的能量變化，下列說(shuō)法不合理的是（ ）。

A.轉(zhuǎn)化過(guò)程中有極性鍵形成

B.·CO2經(jīng)氧化反應(yīng)得到·COOH

C.吸附在NiPc或CoPc表面帶有相同基團(tuán)的物種其能量不同

D.該研究成果將有利于緩解溫室效應(yīng)并解決能源轉(zhuǎn)化問(wèn)題

練習(xí)2：對(duì)于反應(yīng)2N2O5（g）→4NO2（g）+O2（g），反應(yīng)歷程如下。

第一步：N2O5？葑NO3+NO2 快速平衡

第二步：NO2+NO3→NO+NO2+O2 慢反應(yīng)

第三步：NO+NO3→2NO2 快反應(yīng)

其中可近似認(rèn)為第二步反應(yīng)不影響第一步的平衡，下列表述正確的有（ ）。

A.v（第一步的逆反應(yīng)）>v（第二步反應(yīng)）

B.反應(yīng)的中間產(chǎn)物只有NO3

C.第二步中NO2與NO3的碰撞僅部分有效

D.第三步反應(yīng)活化能較高

通過(guò)兩個(gè)典型練習(xí)評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示學(xué)生基本能識(shí)別能壘圖，并通過(guò)分析得出正確結(jié)論，只有少數(shù)學(xué)生對(duì)第二題的雙選漏選A。學(xué)生初步理解了催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，并建立能壘圖的模型，能識(shí)別反應(yīng)歷程和過(guò)渡態(tài)，能對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和判斷，達(dá)成了核心素養(yǎng)的基本要求。

影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素是中學(xué)化學(xué)原理教學(xué)的重要組成部分，本課例在化學(xué)核心素養(yǎng)的引領(lǐng)下，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀和微觀的視角認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率的快慢，發(fā)展學(xué)生的宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng);引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究提出有價(jià)值的問(wèn)題，并能夠設(shè)計(jì)方案最終解決問(wèn)題，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)復(fù)雜化學(xué)問(wèn)題的分析和解決能力，培養(yǎng)證據(jù)推理意識(shí)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的核心素養(yǎng)。這可以讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)探究上升到理論分析，再到科學(xué)表達(dá)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理核心概念的模型建構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，同時(shí)彰顯化學(xué)學(xué)科價(jià)值，激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和使命感。

（本文系2019年度河南省基礎(chǔ)教育教學(xué)研究課題“基于核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與課例研究”階段性研究成果，課題編號(hào)：JCJYC19071804）

（責(zé) 編 莫 荻）