草酸与高锰酸钾反应速率

孔莹莹

草酸相关知识是高考的热点，在近五年各地高考题中均有涉及，考查的知识包括弱电解质的电离平衡、盐的水解平衡、难溶电解质的沉淀溶解平衡、草酸的分解及有机合成制备等。其中影响草酸和高锰酸钾反应速率的因素不仅是新课标的重点，而且在其研究过程中运用的控制变量法，作为科学探究中的重要思想方法，被广泛地运用在各种科学探索和科学实验之中。

本课将教学目标和现代化教育手段有机结合，尝试将曲线的绘制和控制变量法及定量分析引入教学，重点研究影响草酸和高锰酸钾反应速率的因素，引导学生通过合作学习制定实验方案，利用色度传感器进行测量，对透光率与时间关系的曲线进行分析，从微观角度分析推测曲线形状的成因，计算反应速率，从而提高化学学科核心素养，培养科学探究与创新意识。

一、教学目标

1.知识与技能

了解草酸的相关性质，掌握影响反应速率的因素，能灵活运用控制变量的思想方法研究问题，有能力分析相关图像并进行速率计算。

2.过程与方法

通过自主学习、启发引导、合作学习研究草酸和高锰酸钾反应速率影响因素，掌握控制变量的思想方法。

3.情感态度与价值观

体会数字化实验的引入对化学实验的影响。提高实验探究能力、信息整合能力与合作交往能力。

二、教学重点和难点

控制变量法的应用。

三、教学方法

启发引导、自主探究、小组讨论、多媒体展示、数字化信息实验系统。

四、教学过程

课前预习：为学生推送草酸相关学习资料包，包括草酸的百科知识及近5年高考真题。学生根据资料构建草酸知识的思维导图。

【设计意图】通过信息平台传递知识，学生在课前自主完成学习。在思维导图绘制过程中，涉及到如何快速阅读和整理信息内容，充分发挥学生学习的主观能动性和创造天赋。

导入新课：情境导入。动画片《大力水手》中的主角大力水手吃了菠菜会变强壮，创作者的灵感来自于当时的一篇报道。报道称100g菠菜中含有35mg铁，这个数值很高，以至于现在人们仍认为菠菜是补铁佳品。但作者不知这篇报道点错了小数点，菠菜的铁含量被扩大了10倍。事实上，菠菜中铁的含量只比其他蔬菜略高，而且其含有的大量草酸还会阻碍铁的吸收。草酸有什么性质呢？

【设计意图】从学生喜欢的动画片入手，指出人们对菠菜补铁的错误认识，引起共鸣，激发学生的兴趣，推动课程进展。

学生活动：两名同学和大家分享思维导图（包括性质及相应高考考点）。

【设计意图】学生之间相互沟通评价，更能引起思考，产生共鸣。根据“学习金字塔理论”，教别人可使知识留存率高达90%。

教师总结提升：总结评价学生的思维导图，概括提升研究物质的三个角度，总结草酸考点，查找与新课标中重点的交叉点。

【设计意图】以草酸为例建立研究物质角度的模型，培养模型认知素养。通过考点查找，使学生做到心中有数、知己知彼，引出对影响草酸和高锰酸钾反应速率因素的研究。

提问：草酸与高锰酸钾反应的原理是什么？影响该反应速率的因素有哪些？

【设计意图】引导学生复习回顾。

学生活动：小组讨论、设计实验方案，研究温度、各反应物的浓度对反应速率的影响，把方案绘制成一张表格（提供试剂：0.1mol/L 草酸溶液、0.005mol/L 高锰酸钾溶液、2mol/L 硫酸溶液、蒸馏水）。

利用App进行投屏，展示学生的实验方案，其他同学评价。

【设计意图】小组合作能充分发挥生生间的相互交流、协作功能，培养学生的合作意识、团队精神，让学生由被动变为主动，把个人自学、小组交流、全班讨论、教师指点等有机地结合起来，进而促使小组之间合作、竞争，激发了学习热情，挖掘了个体学习潜能，增大了信息量，使学生在互补促进中共同提高。

教师总结提升：（借助表格1进行方法总结）当研究的变量因素有多种的时候，如果同时研究，不知道具体哪种因素导致了实验结果。所以要控制将其中一个因素作为变量，其他因素保持一致，再进行研究，这种方法就是控制变量法。要运用该方法进行实验方案的设计，首先要明确研究的变量因素有什么，然后选定参照实验组，以该组实验为参照组进行控制变量的研究。

提问：如何判断各组与对照组相比反应速率的快慢？

教师总结：方法有很多种，对于有颜色的溶液体系，在某些情况下，可以通过褪色时间长短进行速率快慢的判断。

追问：分别将第二组至第四组实验与第一组实验对比，比较反应时间;第五组实验与第一组对比时，反应时间如何？为什么？

教师总结过渡：v=，前四组实验△c一致，可以从△t判断速率快慢。如果要借助時间反应速率的快慢，必须保证高锰酸钾的量一致。但是第五组与第一组存在双变量，需要通过具体的计算。反应时间需要测量。人眼观察颜色褪尽存在较大误差，用能提供精准数字的仪器进行测量。

【设计意图】通过第一组和第五组对比，学生再次体会控制变量法的应用，强调高考易错点。

演示实验：教师和学生合作，利用数字化信息系统进行第一组和第五组的对比实验。实验过程中，教师介绍相关的仪器及原理。实验结果如图2。

学生活动：根据实验图像计算第一组和第五组反应速率。

【设计意图】本部分利用数字化仪器色度传感器进行实验，把传统的观察颜色褪尽的定性实验转变成显示透光率变为零时所用时间的定量实验，目的是为了让学生体会到数字化实验的精确性、信息技术的先进性并对该反应的本质进行分析。

提问：曲线形状和自己头脑中的形状是否相同？推测曲线形状的成因，并设计实验验证假设。

【设计意图】通过分析推理证实或证伪自己的假设，面对“异常”现象敢于提出自己的见解。培养学生的证据推理、科学探究与创新意识。

教师总结过渡：曲线形状的成因可能是由于反应自身放热，温度升高速率逐渐加快，但是在实验时，用温度传感器测定的反应温度几乎不变，这是因为反应物量很少，能及时与环境进行热交换，温度对速率影响很小;也可能随着反应的进行，生成的锰离子对反应有催化作用，可以在反应开始前加入硫酸锰进行对比。

学生活动：利用0.01mol/L MnSO4溶液，继续完善实验方案，探究催化剂对反应速率的影响。

演示实验：学生根据制定的实验方案进行实验验证。

【设计意图】学习的精髓是反复做重要的事情，尤其是自己做不好的事。多次利用控制变量的方法，巩固强化。

教师总结：定量研究标志着化学成为一门真正的科学。我们要善于利用控制变量的研究方法，把多变量问题分解成单一变量问题进行逐一研究，然后再综合解决。而且数字化信息实验系统能为我们提供更加科学、精确的数据。拓宽了研究的领域，加大了研究的深度。

五、作业

Cr2O72-+3H2C2O4+8H+=6CO2↑+2Cr3++7H2O

若该反应速率方程可表示为

v=k.ca（Cr2O72-）.cb（H2C2O4）.cc（H+）

请你设计实验方案（已知通过实验能够测定出任意时刻各粒子的浓度），思考至少制定几组实验方案能够求出该反应的速率方程。