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活動(dòng)目標(biāo)

1．進(jìn)行比較過氧化氫在不同條件下分解的實(shí)驗(yàn)。

2．說出過氧化氫在不同條件下分解的快慢，了解過氧化氫酶的作用和意義。

背景資料

1．相關(guān)知識(shí)

化學(xué)反應(yīng)活化能在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系中，任何一個(gè)分子要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，都必須先被活化，即增加能量。分子從常態(tài)躍遷到容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量，稱為化學(xué)反應(yīng)的活化能。

酶在化學(xué)反應(yīng)中的作用本質(zhì)酶是一種有機(jī)催化劑，與無機(jī)催化劑相比較，其主要作用是高效性，即在常溫常壓下能顯著地降低化學(xué)反應(yīng)所需要的活化能，從而促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)高效地進(jìn)行。

2．實(shí)驗(yàn)原理

新鮮的肝臟中含有較多的過氧化氫酶，過氧化氫酶可以催化過氧化氫分解為水和氧氣。過氧化氫酶在不同的溫度下催化效率不同。FeCl3溶液中的Fe3+也對(duì)過氧化氫具有催化作用，但催化效率要低很多。

3．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和意義

基于以上事實(shí)，本實(shí)驗(yàn)共設(shè)置了4組小實(shí)驗(yàn)（見下表）。

編號(hào)

處理情況

圖示

組別

現(xiàn)象

1號(hào)

常溫

對(duì)照組

過氧化氫的分解速率十分緩慢（難以觀察到氣泡的產(chǎn)生）

2號(hào)

高溫（90 ℃）水浴

實(shí)驗(yàn)組

過氧化氫分解速率加快，有大量小氣泡產(chǎn)生

3號(hào)

常溫，加入FeCl3溶液

實(shí)驗(yàn)組

與2號(hào)試管相比，有更多的氣泡產(chǎn)生

4號(hào)

常溫，加入過氧化氫酶溶液

實(shí)驗(yàn)組

3號(hào)試管相比，氣泡大并且產(chǎn)生的速率快

說明：2號(hào)和1號(hào)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)說明，溫度升高有助于過氧化氫的分解，但細(xì)胞內(nèi)不可能存在高溫條件；3號(hào)、4號(hào)未經(jīng)加熱也有大量氣泡產(chǎn)生，說明催化劑能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，能加快化學(xué)反應(yīng)的速率；4號(hào)和3號(hào)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相對(duì)比說明，在相同的常溫條件下，酶的催化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無機(jī)催化劑的催化效率

由以上分析可知，酶在常溫下催化效率很高。酶催化所需的條件和所產(chǎn)生的效果正是人體細(xì)胞所能提供的條件和所需要的效果，同時(shí)也說明了酶的高效性，這是本實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的目標(biāo)。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)置的4組小實(shí)驗(yàn)有助于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)和控制實(shí)驗(yàn)變量的能力。

操作指南

1．材料 新鮮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟（如豬肝、雞肝）研磨液。

2．用具 量筒，試管，滴管，試管架，衛(wèi)生香，火柴，酒精燈，試管夾，大燒杯，三腳架，石棉網(wǎng)，溫度計(jì)。

3．試劑 新配制的體積分?jǐn)?shù)為3%的過氧化氫溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3．5%的FeCl3溶液。

4．操作要點(diǎn)

（1）取4支潔凈的試管，分別編上序號(hào)1、2、3、4，向各試管內(nèi)分別加入2 mL過氧化氫溶液，按序號(hào)依次放置在試管架上。

（2）將2號(hào)試管放在90 ℃左右的水浴中加熱，觀察氣泡冒出的情況，并與1號(hào)試管作比較。

（3）向3號(hào)試管內(nèi)滴入2滴FeCl3溶液，向4號(hào)試管內(nèi)滴入2滴肝臟研磨液，仔細(xì)觀察哪支試管產(chǎn)生的氣泡多。

（4）2～3 min后，將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香分別放入這兩支試管內(nèi)液面的上方，觀察哪支試管中的衛(wèi)生香燃燒猛烈。

5．需要注意的幾個(gè)問題

（1）一定要保證肝臟的新鮮程度。新鮮肝臟中含有較多的過氧化氫酶，如果肝臟不新鮮天然氣檢測(cè)儀，在微生物的作用下，過氧化氫酶可能被分解。另外，肝臟一定要充分研磨，以保證肝細(xì)胞破裂，否則可能影響實(shí)驗(yàn)效果。

（2）試管壁一定要清洗干凈，否則在溫度不高的情況下，會(huì)在試管壁上形成小氣泡，從而干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。

（3）生物學(xué)教師所教的班級(jí)一般較多，做實(shí)驗(yàn)時(shí)往往是連續(xù)使用實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)班的學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)，另一個(gè)班的學(xué)生緊接著做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)。如果試管沒有清洗干凈，可能出現(xiàn)的情況有：①如果使用的是上一個(gè)班同學(xué)做的3號(hào)試管或4號(hào)試管，則不需要加熱過氧化氫，在常溫下就會(huì)有大量的氣泡產(chǎn)生，從而難以觀察到真實(shí)的結(jié)果；②如果使用的是1號(hào)試管或2號(hào)試管，在水浴加熱的過程中會(huì)在試管壁上產(chǎn)生大量的附著在試管壁上的小氣泡。因此，每個(gè)班的學(xué)生做完之后，教師一定要求學(xué)生將試管清洗干凈。

（4）在測(cè)定水浴的溫度時(shí)，溫度計(jì)的水銀球不要接觸正在加熱升溫的燒杯的底部，否則測(cè)出的水溫會(huì)高出所需要的正確溫度。

（5）在做“操作要點(diǎn)”的第3步和第4步時(shí)，注意不要用拇指堵住試管口并用力振蕩，否則4號(hào)試管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，而且氣泡的體積很大，會(huì)在試管中堆積起來，一直堆到試管口，這時(shí)，如果將點(diǎn)燃的衛(wèi)生香放入4號(hào)試管中，會(huì)將衛(wèi)生香浸滅。

第3步的操作可以這樣進(jìn)行：滴入催化劑后，將兩支試管放在試管架上，仔細(xì)觀察哪支試管產(chǎn)生的氣泡多。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，第3步的現(xiàn)象十分明顯，可以看出4號(hào)試管明顯比3號(hào)試管放出的氣泡多。同時(shí)，4號(hào)試管不會(huì)堆積大量的氣泡，這時(shí)，再進(jìn)行第4步的操作，效果會(huì)十分明顯。

（6）不要混用滴管。混用滴管的直接后果是實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象不一定真實(shí)可靠。

教學(xué)設(shè)計(jì)

一、在學(xué)生閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的基礎(chǔ)上，教師可以采取提出問題的方式過氧化氫，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真地分析和討論。

1．在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作前，教師需要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的變量和控制變量的方法的點(diǎn)撥，以幫助學(xué)生理解。為此，可以組織學(xué)生討論以下的問題。

（1）什么是自變量？本實(shí)驗(yàn)中哪些變量是自變量？如何控制自變量？

（答：自變量是人為改變的變量。本實(shí)驗(yàn)中FeCl3溶液和肝臟研磨液都屬于自變量。在本實(shí)驗(yàn)中要控制好自變量，最重要的是準(zhǔn)確配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3．5%的FeCl3溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的肝臟研磨液。）

（2）什么是因變量？如何準(zhǔn)確理解本實(shí)驗(yàn)中的因變量？

（答：因變量是指隨著自變量的變化而變化的變量。本實(shí)驗(yàn)中過氧化氫分解速率就是因變量。剛開始的一段時(shí)間，過氧化氫的分解速率越來越快，達(dá)到最高值并穩(wěn)定一段時(shí)間后過氧化氫，隨著過氧化氫的濃度逐漸減少，過氧化氫的分解速率會(huì)越來越慢。）

（3）什么是無關(guān)變量？本實(shí)驗(yàn)中哪些變量是無關(guān)變量？如何控制無關(guān)變量對(duì)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響？

（答：無關(guān)變量是指除自變量外，實(shí)驗(yàn)過程中可能還會(huì)存在一些可變因素，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，這些變量稱為無關(guān)變量。本實(shí)驗(yàn)中試管的潔凈程度、是否準(zhǔn)確滴加FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液等都是無關(guān)變量。無關(guān)變量也可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，要盡可能地排除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。例如，每次實(shí)驗(yàn)前一定要將試管清洗干凈，在滴加FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液時(shí)，不要滴到試管壁上，等等。）

2．加強(qiáng)對(duì)設(shè)置對(duì)照組的理解。為此，可以設(shè)置下列的問題情境。

（1）比較1號(hào)和2號(hào)實(shí)驗(yàn)，誰是實(shí)驗(yàn)組？誰是對(duì)照組？從二者的比較中得出什么結(jié)論？如果沒有對(duì)照組能得出這個(gè)結(jié)論嗎？

（答：1號(hào)是對(duì)照組，2號(hào)是實(shí)驗(yàn)組。從二者的比較中可以得出的結(jié)論是，過氧化氫的分解需要一定的溫度條件，升高溫度能加快過氧化氫的分解速率。教師可以對(duì)此做進(jìn)一步解讀：人體的體溫約為36．5 ℃，這不利于過氧化氫的分解，但人體可以依靠酶來促進(jìn)分解作用。從而為后面講解酶在人體體溫下催化過氧化氫分解這一內(nèi)容作好鋪墊。如果沒有1號(hào)作為對(duì)照，是不能得出上述結(jié)論的。）

（2）比較3號(hào)和4號(hào)實(shí)驗(yàn)，誰是實(shí)驗(yàn)組？誰是對(duì)照組？比較這兩組實(shí)驗(yàn)可以說明什么問題？

（答：3號(hào)是對(duì)照組，4號(hào)是實(shí)驗(yàn)組；也可以認(rèn)為3號(hào)和4號(hào)實(shí)驗(yàn)是對(duì)比實(shí)驗(yàn)；如果將上述4個(gè)實(shí)驗(yàn)都作比較，則可以認(rèn)為1號(hào)是對(duì)照組，2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)是實(shí)驗(yàn)組。比較3號(hào)和4號(hào)實(shí)驗(yàn)可以看出，過氧化氫酶這種有機(jī)催化劑在常溫下比無機(jī)催化劑FeCl3溶液催化過氧化氫分解的效率高得多。）

（3）上述四組實(shí)驗(yàn)中，哪一組實(shí)驗(yàn)更接近人體細(xì)胞內(nèi)的實(shí)際情況？這四組實(shí)驗(yàn)說明了什么問題？

（答：4號(hào)實(shí)驗(yàn)更接近人體細(xì)胞內(nèi)的真實(shí)情況。由上述四組實(shí)驗(yàn)說明，人體細(xì)胞中每時(shí)每刻都在進(jìn)行成千上萬種化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)只能在常溫、常壓下進(jìn)行，而且必須高效有序地進(jìn)行，要完成這些化學(xué)反應(yīng)氯氣報(bào)警器，離不開酶的作用，所以說酶對(duì)于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的順利進(jìn)行是至關(guān)重要的。）

二、引導(dǎo)學(xué)生理順實(shí)驗(yàn)步驟，在實(shí)驗(yàn)過程中認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，并填寫下表。

1號(hào)試管

2號(hào)試管

3號(hào)試管

4號(hào)試管

操作

2 mL過氧化氫溶液

2 mL過氧化氫溶液

2 mL過氧化氫溶液

2 mL過氧化氫溶液

室溫

90 ℃水浴

兩滴FeCl3溶液

室溫

室溫

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（一）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1． 90 ℃時(shí)過氧化氫分解釋放氧氣的速率大于常溫下過氧化氫分解釋放氧氣的速率。

2．過氧化氫酶催化過氧化氫分解釋放氧氣的速率大于FeCl3催化過氧化氫分解釋放氧氣的速率。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

加熱能夠促進(jìn)過氧化氫的分解；酶的催化效率高于無機(jī)催化劑，酶的催化作用具有高效性。

評(píng)價(jià)建議

本實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)分為過程性評(píng)價(jià)和結(jié)論性評(píng)價(jià)。對(duì)試管進(jìn)行編號(hào)，量取試劑，水浴加熱等基本操作是否準(zhǔn)確，可以作為過程性評(píng)價(jià)。對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、描述和記錄，并得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，可以作為結(jié)論性評(píng)價(jià)。

替代方案

本實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，取材容易，一般學(xué)校都能做到。如果買不到過氧化氫，可以用馬鈴薯榨出液代替，因?yàn)轳R鈴薯中含有大量的過氧化氫，滴入肝臟研磨液后，同樣可以產(chǎn)生大量的氣泡。

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