比较过氧化氢在不同条件下的分解

实验 6 比较过氧化氢在不同条件下的分解 活动目标活动目标 1 进行比较过氧化氢在不同条件下分解的实验 2 说出过氧化氢在不同条件下分解的快慢 了解过氧化氢酶的作用和意义 背景资料背景资料 1 1 相关知识 相关知识 化学反应活化能在一个化学反应体系中 任何一个分子要发生化学反应 都必须先被活化 即增加 能量 分子从常态跃迁到容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量 称为化学反应的活化能 酶在化学反应中的作用本质酶是一种有机催化剂 与无机催化剂相比较 其主要作用是高效性 即 在常温常压下能显著地降低化学反应所需要的活化能 从而促进化学反应高效地进行 2 2 实验原理 实验原理 新鲜的肝脏中含有较多的过氧化氢酶 过氧化氢酶可以催化过氧化氢分解为水和氧气 过氧化氢酶 在不同的温度下催化效率不同 FeCl3 溶液中的 Fe3 也对过氧化氢具有催化作用 但催化效率要低很多 3 3 实验设计和意义 实验设计和意义 基于以上事实 本实验共设置了 4 组小实验 见下表 编 号 处理情况 图示 组别 现象 1 号 常温 对照组 过氧化氢的分解速率十分缓慢 难以观察到气泡的产生 2 号 高温 90 水浴 实验组 过氧化氢分解速率加快 有大 量小气泡产生 3 号 常温 加入 FeCl3溶液 实验组 与 2 号试管相比 有更多的 气泡产生 4 号 常温 加入过 氧化氢酶溶液 实验组 3 号试管相比 气泡大并且 产生的速率快 说明 2 号和 1 号的对照实验说明 温度升高有助于过氧化氢的分解 但细胞内不可能存在高温条件 3 号 4 号未经加热也有大量气泡产生 说明催化剂能降低化学反应的活化能 能加快化学反应的速率 4 号 和 3 号的实验现象相对比说明 在相同的常温条件下 酶的催化效率远远高于无机催化剂的催化效率 由以上分析可知 酶在常温下催化效率很高 酶催化所需的条件和所产生的效果正是人体细胞所能 提供的条件和所需要的效果 同时也说明了酶的高效性 这是本实验要达到的目标 本实验设置的 4 组小实验有助于培养学生设置对照实验和控制实验变量的能力 操作指南操作指南 1 材料 新鲜的质量分数为 20 的肝脏 如猪肝 鸡肝 研磨液 2 用具 量筒 试管 滴管 试管架 卫生香 火柴 酒精灯 试管夹 大烧杯 三脚架 石棉网 温度计 3 试剂 新配制的体积分数为 3 的过氧化氢溶液 质量分数为 3 5 的 FeCl3 溶液 4 操作要点 1 取 4 支洁净的试管 分别编上序号 1 2 3 4 向各试管内分别加入 2 mL 过氧化氢溶液 按 序号依次放置在试管架上 2 将 2 号试管放在 90 左右的水浴中加热 观察气泡冒出的情况 并与 1 号试管作比较 3 向 3 号试管内滴入 2 滴 FeCl3 溶液 向 4 号试管内滴入 2 滴肝脏研磨液 仔细观察哪支试管产 生的气泡多 4 2 3 min 后 将点燃的卫生香分别放入这两支试管内液面的上方 观察哪支试管中的卫生香燃 烧猛烈 5 需要注意的几个问题 1 一定要保证肝脏的新鲜程度 新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶 如果肝脏不新鲜 在微生物 的作用下 过氧化氢酶可能被分解 另外 肝脏一定要充分研磨 以保证肝细胞破裂 否则可能影响实验 效果 2 试管壁一定要清洗干净 否则在温度不高的情况下 会在试管壁上形成小气泡 从而干扰实验 结果的观察 3 生物学教师所教的班级一般较多 做实验时往往是连续使用实验室 一个班的学生做完实验 另一个班的学生紧接着做同一个实验 如果试管没有清洗干净 可能出现的情况有 如果使用的是上一 个班同学做的 3 号试管或 4 号试管 则不需要加热 在常温下就会有大量的气泡产生 从而难以观察到真 实的结果 如果使用的是 1 号试管或 2 号试管 在水浴加热的过程中会在试管壁上产生大量的附着在试 管壁上的小气泡 因此 每个班的学生做完之后 教师一定要求学生将试管清洗干净 4 在测定水浴的温度时 温度计的水银球不要接触正在加热升温的烧杯的底部 否则测出的水温 会高出所需要的正确温度 5 在做 操作要点 的第 3 步和第 4 步时 注意不要用拇指堵住试管口并用力振荡 否则 4 号试 管内会产生大量的气泡 而且气泡的体积很大 会在试管中堆积起来 一直堆到试管口 这时 如果将点 燃的卫生香放入 4 号试管中 会将卫生香浸灭 第 3 步的操作可以这样进行 滴入催化剂后 将两支试管放在试管架上 仔细观察哪支试管产生的 气泡多 这样做的优点是 第 3 步的现象十分明显 可以看出 4 号试管明显比 3 号试管放出的气泡多 同 时 4 号试管不会堆积大量的气泡 这时 再进行第 4 步的操作 效果会十分明显 6 不要混用滴管 混用滴管的直接后果是实验的现象不一定真实可靠 教学设计教学设计 一 在学生阅读实验指导的基础上 教师可以采取提出问题的方式 引导学生认真地分析和讨论 1 在学生进行实验操作前 教师需要加强对实验设计中的变量和控制变量的方法的点拨 以帮助学 生理解 为此 可以组织学生讨论以下的问题 1 什么是自变量 本实验中哪些变量是自变量 如何控制自变量 答 自变量是人为改变的变量 本实验中 FeCl3 溶液和肝脏研磨液都属于自变量 在本实验中要控制 好自变量 最重要的是准确配制质量分数为 3 5 的 FeCl3 溶液和质量分数为 20 的肝脏研磨液 2 什么是因变量 如何准确理解本实验中的因变量 答 因变量是指随着自变量的变化而变化的变量 本实验中过氧化氢分解速率就是因变量 刚开始 的一段时间 过氧化氢的分解速率越来越快 达到最高值并稳定一段时间后 随着过氧化氢的浓度逐渐减少 过氧化氢的分解速率会越来越慢 3 什么是无关变量 本实验中哪些变量是无关变量 如何控制无关变量对本实验结果的影响 答 无关变量是指除自变量外 实验过程中可能还会存在一些可变因素 对实验结果造成影响 这些 变量称为无关变量 本实验中试管的洁净程度 是否准确滴加 FeCl3 溶液和过氧化氢酶溶液等都是无关变 量 无关变量也可能对实验结果产生影响 要尽可能地排除无关变量对实验的影响 例如 每次实验前一定 要将试管清洗干净 在滴加 FeCl3 溶液和过氧化氢酶溶液时 不要滴到试管壁上 等等 2 加强对设置对照组的理解 为此 可以设置下列的问题情境 1 比较 1 号和 2 号实验 谁是实验组 谁是对照组 从二者的比较中得出什么结论 如果没有对 照组能得出这个结论吗 答 1 号是对照组 2 号是实验组 从二者的比较中可以得出的结论是 过氧化氢的分解需要一定的 温度条件 升高温度能加快过氧化氢的分解速率 教师可以对此做进一步解读 人体的体温约为 36 5 这不利于过氧化氢的分解 但人体可以依靠酶来促进分解作用 从而为后面讲解酶在人体体温下催化过氧 化氢分解这一内容作好铺垫 如果没有 1 号作为对照 是不能得出上述结论的 2 比较 3 号和 4 号实验 谁是实验组 谁是对照组 比较这两组实验可以说明什么问题 答 3 号是对照组 4 号是实验组 也可以认为 3 号和 4 号实验是对比实验 如果将上述 4 个实验都作 比较 则可以认为 1 号是对照组 2 号 3 号和 4 号是实验组 比较 3 号和 4 号实验可以看出 过氧化氢酶这 种有机催化剂在常温下比无机催化剂 FeCl3 溶液催化过氧化氢分解的效率高得多 3 上述四组实验中 哪一组实验更接近人体细胞内的实际情况 这四组实验说明了什么问题 答 4 号实验更接近人体细胞内的真实情况 由上述四组实验说明 人体细胞中每时每刻都在进行成 千上万种化学反应 这些化学反应只能在常温 常压下进行 而且必须高效有序地进行 要完成这些化学反 应 离不开酶的作用 所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行是至关重要的 二 引导学生理顺实验步骤 在实验过程中认真观察实验现象 得出实验结果和结论 并填写下表 1 号试管2 号试管 3 号试管 4 号试管 2 mL 过氧化氢溶液 2 mL 过氧化氢溶液 2 mL 过氧化氢溶液 2 mL 过氧化氢溶液 室温 90 水浴 两滴 FeCl3溶液 操作 室温 室温 实验现象 实验结果 实验结论 一 实验结果 1 90 时过氧化氢分解释放氧气的速率大于常温下过氧化氢分解释放氧气的速率 2 过氧化氢酶催化过氧化氢分解释放氧气的速率大于 FeCl3 催化过氧化氢分解释放氧气的速率 二 实验结论 加热能够促进过氧化氢的分解 酶的催化效率高于无机催化剂 酶的催化作用具有高效性 评价建议评价建议 本实验的