一、问题的提出

2017年11月，笔者有幸参加了桂林市教科所组织的初中化学优质课比赛，赛题为“制取氧气”。在备课过程中，笔者发现，课本在设计“探究二氧化锰为过氧化氢分解的催化剂”的实验步骤上，存在着一些不足。

本市所使用的科粤版教材中，“探究二氧化锰为过氧化氢分解的催化剂”的实验步骤原文如下：

从催化剂的定义可知，要得出“二氧化锰为过氧化氢分解的催化剂”的结论，需要验证三个方面：①二氧化锰能改变过氧化氢分解的速率；②在化学反应前后，二氧化锰的化学性质不变；③在化学反应前后，二氧化锰的质量不变。如果按照上述观察活动进行实验，仅能得出“二氧化锰能改变过氧化氢分解的速率”及“在化学反应前后，二氧化锰的化学性质未变”的结论。而对于“反应前后二氧化锰的质量是否发生改变”，课本未给出详细的实验步骤，而是一笔带过，以结论的形式，直接告诉学生“若在实验前准确称出二氧化锰的质量，实验后将二氧化锰回收、干燥、再称量，会发现它的质量没有改变。”这样简略的设计，显然大大削弱了学生对于催化剂这一探究过程的理解，不利于发展学生科学实验探究的能力及严谨求实的科学品质。

二、问题的分析

《义务教育化学课程标准》［1］中提到“书中所列举的活动不要求全盘照搬，在教材编写或教学时可依据实际情况选择应用，也可以增补更合适的探究活动。”尽管如此，但大部分教师仍选择让学生通过阅读课本的方法，直接得出“在化学反应前后，二氧化锰的质量不变”的结论，或直接播放视频让学生观看。教师、学生都不亲自动手完成本实验，原因如下：

1.将二氧化锰与过氧化氢分离操作困难［2］且耗时较长

实验室的二氧化锰均为粉末状，将其加入过氧化氢溶液前的质量比较容易称量。但将其加入过氧化氢溶液后，若要对其进行称量，则需要先将其用滤纸过滤，然后干燥。在过滤过程中，由于二氧化锰粉末与滤纸孔径相当，二氧化锰会将滤纸空隙堵住，而大大减慢过滤速度。

2.无法快速将二氧化锰进行干燥

要将二氧化锰进行干燥，就必须连同滤纸一起烘干，此操作需要低温、恒温进行，对干燥仪器的要求较高，不仅操作困难，而且耗时较长。

综上所述，此实验耗时长、操作繁，无论是教师演示还是学生实验，都无法在一节课堂上快速完成。所以课本也并未给出具体的实验方案，以期教学者和学生们设计出更优化、更高效的实验方案。

三、实验的改进

为了能实现在课堂上快速探究“在化学反应前后，二氧化锰的质量不变”的实验，针对上述在实践过程中出现的问题，笔者查阅了大量书籍资料及文献，发现了不少能“快速将二氧化锰与过氧化氢溶液分离并干燥”的方法，并一一尝试，分析优缺点，整理总结如下：

改进方法一：（如图所示）将二氧化锰用细孔材料包裹，并悬挂于反应容器上方，需要反应时将其推入过氧化氢溶液中，不需反应时则将其向上拉离液面，以此实现将二氧化锰与过氧化氢溶液快速分离。

图1 改进方法1

根据此原理，笔者尝试了以下几种细孔材料：

1.纱布或茶叶包或制衣布料：笔者几经寻找并尝试实验，发现找到的纱布、茶叶包、制衣布料的孔径均大于二氧化锰孔径。将二氧化锰包裹后放入过氧化氢溶液，均有大量二氧化锰从空隙中漏出。

2.滤纸或口纸：笔者尝试将滤纸和口纸均剪成长条状，并折叠成“红包样式”，并用订书机封口（未用胶水是因为胶水遇水会失去粘性）。实验过程中发现，虽然二氧化锰漏不出去，但双氧水进入材料的速度很慢，进入后过氧化氢分解产生氧气，氧气将滤纸袋胀开，滤纸袋上浮至双氧水液面，袋内的双氧水被挤出袋外，导致反应逐渐停止；并且有较多二氧化锰粉末从订书机洞口跑出，导致二氧化锰无法被完全收集。若将口纸和滤纸围成兜状，结果仍然相似。

【结果分析】上述方法中，纱布、茶叶包、制衣布料孔径太大，无法将二氧化锰全部收集；滤纸、口纸口径合适，但由于孔径太小，使反应速率变得很慢，无法快速产生氧气进行课堂实验。

改进方法二：更换催化剂。将二氧化锰换成块状、易于过滤的催化剂。

（1）土豆块或土豆片或红砖块：笔者尝试取新鲜的土豆，分别将其切成块状、条状、片状三种形状，各为1克，加入5%的过氧化氢溶液，观察30秒，发现土豆表面均有气泡产生，但是都非常少。同样实验，取红砖块1克加入5%的过氧化氢溶液中，几乎看不到红砖块表面有气泡产生。原因：能催化过氧化氢分解的是土豆中的过氧化氢酶、红砖块中的氧化铁，而土豆中含有的过氧化氢酶含量较低，红砖中氧化铁的含量也较低，均不足以使过氧化氢迅速产生氧气。