“大象牙膏”趣味实验对于教学的妙用

“大象牙膏”趣味实验对于教学的妙用

作者：柏杨文丽

来源：《化学教与学》2020年第01期

摘要：通过对“大象牙膏”趣味实验的重新设计，用不同条件的实验对比，探究“大象牙膏”实验运用于“影响化学反应速率的因素”实验教学的最佳条件，并以此重新演绎浓度和温度对化学反应速率影响的实验探究，让学生更好地理解该部分知识。

关键词：大象牙膏;化学反应速率;过氧化氢;酵母

文章编号：1008-0546（2020）01-0091-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.026

在人教版必修2的“化学反应的速率和限度”这一节中，有哪些条件能够影响化学反应速率，书中用了两组实验进行探究。

首先，用2支相同的试管装入2-3mL质量分数约为5%的过氧化氢溶液和1-2滴浓度为

1mol·L-1氯化铁溶液。反应开始后，将两支试管分别放进盛有5°C左右的冷水和盛有40℃左右的热水的烧杯中，对比观察现象。

其次，在3支相同的试管中各装入2-3mL约5%的H2O2溶液，向其中两支试管中分别加入1～2滴lmol·L-1 FeCl3溶液和MnO2粉末，对比观察现象。

上述实验的目的非常明确，从第一组实验中可以得出，升高反应温度，反应速率加快，而降低反应温度，反应速率减小。从第二组实验中得到，加入Fe-cl3、MnO2等催化剂，反应速率加快。

但是在实际教学中，两组实验虽然设计缜密，可是作为课堂实验进行讲解是不太被重视的。分析原因，第一，H2O2的分解实验在初中就作为一个重点实验出现过，学生本身就有一定的基础，再在课上拿这个实验做，因为实验中没有新知识出现，大多数教师选择忽略不讲;

第二，笔者按照课本的要求，分别在多个班级演示了这两组实验，对于近距离观察的学生，可明显观察到气泡生成速率确实不同，但试管中产生的现象对于远距离观察的学生而言，基本看不到实验现象，就算坐在前排的学生可及时看到，但对其并无视觉冲击力，做完实验对学生来说和没做是一样的。第三，大多数教师认为这个知识本不属于难点，不用实验，用语言描述就可以让学生很好地理解。

基于以上原因，笔者考虑对课本中的这组实验进行改进，延续原实验设计简单、易操作的特点，通过改进实验，使实验现象对学生有视觉冲击力，在实际教学中，既节约时间，又比语言描述更具说服力。

“大象牙膏”实验是十分常见的一个趣味实验，以实验方法简单、实验效果明显而经常被人提及。其实验方法是将过氧化氢与发泡剂混合起来，加入少许催化剂，即可观察到一股充满氧气的泡沫状物质像喷泉一样从容器中喷涌而出（体积很大，故得名于“大象牙膏”）。但是这个实验中反应速率很快，怎样将“大象牙膏”实验设计成可以适用于探究影响化学反应速率的因素的教学？为此，笔者做了不同条件的实验对比，以探究将“大象牙膏”运用于该实验教学的最佳条件。

一、不同浓度过氧化氢在无催化剂作用时的分解情况

取四个100mL的烧杯，加入10mL约5%、10%、15%、30%的过氧化氢溶液和5滴洗洁精（起泡剂），其实验结果如表1所示。

从实验现象来看，过氧化氢在常温、无催化剂的作用下，其性质相对稳定，分解现象不明显。

二、不同催化剂作用下过氧化氢的分解情况

“大象牙膏”实验现象瞬问发生，对于需要有过程观察的课堂实验教学而言，反应速率过快，不便于学生观察，需要把反应速率适当地调小。

取三个100mL的小烧杯，分别加入10mL约10%的過氧化氢溶液和5滴洗洁精（起泡剂），再向其中分别加入4mL 10%的KI、KMnO4、酵母，其实验结果如表2所示。

从实验现象来分析，碘化钾加入过氧化氢的分解反应中，生成黄色溶液和淡黄色气泡都表明可能有碘单质生成，笔者在反应后的溶液中加入淀粉溶液，其颜色变蓝，在笔者查阅相关文献后，也确认碘化钾对于过氧化氢的分解反应，既部分参与反应，同时也是催化剂。

高锰酸钾对于过氧化氢的分解反应，催化效率极佳，反应速率很快，导致一部分高锰酸钾还未与过氧化氢接触，就被带出。

酵母含有丰富的酶系统（如蔗糖酶、麦芽糖酶、乳糖酶、蛋白酶、脂肪酶、磷酸酶、己糖磷酸化酶、脱羧酶、脱氢酶等）和生理活性物质（如辅酶A、谷胱甘肽、细胞色素c、卵磷脂、核糖核酶等），所以酵母作为生活中常见的生物催化剂，其在过氧化氢的分解反应中使反应速率加快明显，也可持续催化至反应结束。

以上三种催化剂比较来看，若将其运用于教学实验，高锰酸钾做催化剂，反应速率过陕，不利于学生观察过程，只会让他们的认识停留在实验现象上;碘化钾既参与反应，又做催化剂，反应体系太复杂，催化作用在其中的作用有多大，还值得商榷，所以，笔者认为催化剂最好选用酵母。酵母是生活中常见的物质，对学生来说不陌生，但将其运用在过氧化氢的催化分解实验中，学生会觉得很新奇，这就加大了学生对本节课的探究兴趣，有利于学生对本节知识的学习。

三、不同浓度酵母溶液对过氧化氢催化分解情况

取五个100mL的烧杯，分别加入10mL约10%的过氧化氢溶液和5滴洗洁精（起泡剂），再向其中分别加入4mL质量分数约为2%、5%、10%、15%的酵母，其实验结果如表3所示。

从上述实验结果来看，酵母的质量分数从2%到10%，反应速率明显加快，但随着酵母质量分数从10%到15%，反应速率加快不明显。所以，10%的酵母溶液可作为过氧化氢分解的催化剂最佳规格。

四、不同浓度过氧化氢的分解情况（相同催化剂）

取三个100mL的烧杯，向其中分别加入10mL约5%、10%、15%的过氧化氢溶液和5滴洗洁精（起泡剂），再向其中分别加入4mL 10%的酵母，其实验结果如表4所示。

从实验现象可以明显发现，过氧化氢浓度增大，反应速率加快;反之，浓度减小，反应速率减慢。

五、不同温度过氧化氢的分解情况（相同催化剂）

取三个100mL的小烧杯，分别加入10mL约10%的过氧化氢溶液和5滴洗洁精（起泡剂），将其中一个烧杯放人盛有5°C左右冷水大烧杯中，另一个烧杯放入盛有40°C左右热水的大烧杯中，再向其中分别加入4mL 10%的酵母，其实验结果如表5所示。

从实验现象可以明显发现，升温则反应速率加快，降温则反应速率减慢。

从上述一系列的探究实验中，可以看出“大象牙膏”实验适用于“影响化学反应速率”课堂演示实验的最佳条件是10%的过氧化氢和10%的酵母溶液混合，让这个反应现象保持视觉冲击