“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

李麗卡

(廣東省江門市新會(huì)第一中學(xué) 529100)

“比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解”是高中生物學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，教材建議的檢測(cè)方法是比較產(chǎn)生的氣泡數(shù)量以及用衛(wèi)生香看助燃作用。在實(shí)際操作中，裝置不密封，分解產(chǎn)生的O2很容易從試管中逸出，這個(gè)誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)影響較大。本文介紹一款簡(jiǎn)易實(shí)用的實(shí)驗(yàn)裝置，嘗試解決實(shí)驗(yàn)中的定量計(jì)算問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)原理和操作

1.1 實(shí)驗(yàn)原理 U型管內(nèi)加適量含紅墨水的清水，試管內(nèi)加入2 mL的H2O2，注入相應(yīng)的催化劑與H2O2反應(yīng)，連接試管與U型管，根據(jù)試管內(nèi)H2O2分解速率的快慢觀察U型管內(nèi)水位變化的快慢，通過(guò)記錄單位時(shí)間U型管水位上升的刻度值，比較不同催化劑的催化效率。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑 量筒，試管，燒杯，滴管，試管架，有刻度的U型管，U型導(dǎo)管，注射器，計(jì)時(shí)器，帶孔塞子，體積分?jǐn)?shù)為3% H2O2溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5% FeCl3溶液，新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液。

圖1 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟 具體包括以下步驟：

(1) 實(shí)驗(yàn)裝置 取1支有刻度的U型管和1支試管，分別蓋上帶孔塞子，用U型導(dǎo)管連接(圖1)。

(2)操作步驟 ①U型管內(nèi)加入20 mL的清水(可加一滴紅墨水作為指示劑)，然后在試管內(nèi)加入2 mL的H2O2，用U型導(dǎo)管連通試管與U型管；②用注射器向試管內(nèi)注入2滴的肝臟研磨液，搖勻；③觀察并記錄氣泡產(chǎn)生速率及不同時(shí)間段的水位上升變化(表1)；④換試管后重復(fù)①～③步，將肝臟研磨液改成3.5% FeCl3溶液(也可以用2套裝置同時(shí)進(jìn)行)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

2.1 氣泡產(chǎn)生速率 注射器注入肝臟研磨液或FeCl3后，試管內(nèi)有氣泡產(chǎn)生。在常溫下，肝臟研磨液催化產(chǎn)生的氣泡速率較快，F(xiàn)eCl3催化產(chǎn)生的氣泡速率較慢。

2.2 產(chǎn)生氣體量的變化 隨著氣泡的產(chǎn)生，U型管另一側(cè)的液面由原來(lái)的3 mL逐漸上升至10 mL，之后穩(wěn)定在此位置。從表1 可以看到，肝臟研磨液實(shí)驗(yàn)中，液面由3 mL 上升到10 mL 所需時(shí)間為10 s，而3.5% FeCl3溶液則需70 s。說(shuō)明肝臟研磨液催化H2O2分解產(chǎn)生O2的速率遠(yuǎn)大于3.5% FeCl3。

表1 不同時(shí)間段2個(gè)U型管中的水位(mL)

2.3 繪制催化效率曲線 以反應(yīng)所需時(shí)間為橫坐標(biāo)，產(chǎn)生氣體的量為縱坐標(biāo)繪制催化效率曲線圖(圖 2)。

圖2 不同催化劑的催化效率曲線

3 結(jié)論

單位時(shí)間內(nèi)H2O2酶催化產(chǎn)生的O2較多，引起的水位上升較高，催化效率更高。酶只改變化學(xué)反應(yīng)的速率，不改變產(chǎn)物的量。

4 反思

通過(guò)記錄單位時(shí)間2個(gè)U型管水位的上升量，可以定量地比較兩者的催化效率，使結(jié)果更直觀、具體。基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的曲線圖，不僅可以解釋酶具有高效性的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，還可以突破另一教學(xué)難點(diǎn)：酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理，即酶只改變化學(xué)反應(yīng)的速率，不改變產(chǎn)物的量。由于在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，數(shù)據(jù)是學(xué)生記錄的，曲線是學(xué)生繪制的，結(jié)果是學(xué)生分析得出的。因此，學(xué)生能更直觀地理解酶作用的原理，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。