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活動目標(biāo)

1．進(jìn)行比較過氧化氫在不同條件下分解的實驗。

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

化學(xué)反應(yīng)活化能在一個化學(xué)反應(yīng)體系中，任何一個分子要發(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)酶是一種有機催化劑，與無機催化劑相比較，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．實驗原理

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+也對過氧化氫具有催化作用，但催化效率要低很多。

3．實驗設(shè)計和意義

基于以上事實，本實驗共設(shè)置了4組小實驗（見下表）。

編號

處理情況

圖示

組別

現(xiàn)象

1號

常溫

對照組

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

高溫（90 ℃）水浴

實驗組

過氧化氫分解速率加快，有大量小氣泡產(chǎn)生

3號

常溫，加入FeCl3溶液

實驗組

與2號試管相比，有更多的氣泡產(chǎn)生

4號

常溫，加入過氧化氫酶溶液

實驗組

3號試管相比，氣泡大并且產(chǎn)生的速率快

說明：2號和1號的對照實驗說明，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、4號未經(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號和3號的實驗現(xiàn)象相對比說明，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，同時也說明了酶的高效性，這是本實驗要達(dá)到的目標(biāo)。

本實驗設(shè)置的4組小實驗有助于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)置對照實驗和控制實驗變量的能力。

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。

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

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

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

（3）向3號試管內(nèi)滴入2滴FeCl3溶液，向4號試管內(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，否則可能影響實驗效果。

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

（3）生物學(xué)教師所教的班級一般較多，做實驗時往往是連續(xù)使用實驗室，一個班的學(xué)生做完實驗，另一個班的學(xué)生緊接著做同一個實驗。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班同學(xué)做的3號試管或4號試管，則不需要加熱過氧化氫，在常溫下就會有大量的氣泡產(chǎn)生，從而難以觀察到真實的結(jié)果；②如果使用的是1號試管或2號試管，在水浴加熱的過程中會在試管壁上產(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）在測定水浴的溫度時，溫度計的水銀球不要接觸正在加熱升溫的燒杯的底部，否則測出的水溫會高出所需要的正確溫度。

（5）在做“操作要點”的第3步和第4步時，注意不要用拇指堵住試管口并用力振蕩，否則4號試管內(nèi)會產(chǎn)生大量的氣泡，而且氣泡的體積很大，會在試管中堆積起來，一直堆到試管口，這時，如果將點燃的衛(wèi)生香放入4號試管中，會將衛(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)點是，第3步的現(xiàn)象十分明顯，可以看出4號試管明顯比3號試管放出的氣泡多。同時，4號試管不會堆積大量的氣泡，這時，再進(jìn)行第4步的操作，效果會十分明顯。

（6）不要混用滴管?；煊玫喂艿闹苯雍蠊菍嶒灥默F(xiàn)象不一定真實可靠。

教學(xué)設(shè)計

一、在學(xué)生閱讀實驗指導(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)行實驗操作前，教師需要加強對實驗設(shè)計中的變量和控制變量的方法的點撥，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？本實驗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。本實驗中FeCl3溶液和肝臟研磨液都屬于自變量。在本實驗中要控制好自變量，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)確理解本實驗中的因變量？

（答：因變量是指隨著自變量的變化而變化的變量。本實驗中過氧化氫分解速率就是因變量。剛開始的一段時間，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越來越慢。）

（3）什么是無關(guān)變量？本實驗中哪些變量是無關(guān)變量？如何控制無關(guān)變量對本實驗結(jié)果的影響？

（答：無關(guān)變量是指除自變量外，實驗過程中可能還會存在一些可變因素，對實驗結(jié)果造成影響，這些變量稱為無關(guān)變量。本實驗中試管的潔凈程度、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)變量也可能對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，要盡可能地排除無關(guān)變量對實驗的影響。例如，每次實驗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，不要滴到試管壁上，等等。）

2．加強對設(shè)置對照組的理解。為此，可以設(shè)置下列的問題情境。

（1）比較1號和2號實驗，誰是實驗組？誰是對照組？從二者的比較中得出什么結(jié)論？如果沒有對照組能得出這個結(jié)論嗎？

（答：1號是對照組，2號是實驗組。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號作為對照，是不能得出上述結(jié)論的。）

（2）比較3號和4號實驗，誰是實驗組？誰是對照組？比較這兩組實驗可以說明什么問題？

（答：3號是對照組，4號是實驗組；也可以認(rèn)為3號和4號實驗是對比實驗；如果將上述4個實驗都作比較，則可以認(rèn)為1號是對照組，2號、3號和4號是實驗組。比較3號和4號實驗可以看出，過氧化氫酶這種有機催化劑在常溫下比無機催化劑FeCl3溶液催化過氧化氫分解的效率高得多。）

（3）上述四組實驗中，哪一組實驗更接近人體細(xì)胞內(nèi)的實際情況？這四組實驗說明了什么問題？

（答：4號實驗更接近人體細(xì)胞內(nèi)的真實情況。由上述四組實驗說明，人體細(xì)胞中每時每刻都在進(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)氯氣報警器，離不開酶的作用，所以說酶對于細(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)生理順實驗步驟，在實驗過程中認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，得出實驗結(jié)果和結(jié)論，并填寫下表。

1號試管

2號試管

3號試管

4號試管

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

實驗現(xiàn)象

實驗結(jié)果

實驗結(jié)論

（一）實驗結(jié)果

1． 90 ℃時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）實驗結(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催化劑，酶的催化作用具有高效性。

評價建議

本實驗的評價分為過程性評價和結(jié)論性評價。對試管進(jìn)行編號，量取試劑，水浴加熱等基本操作是否準(zhǔn)確，可以作為過程性評價。對實驗現(xiàn)象的觀察、描述和記錄，并得出相應(yīng)的實驗結(jié)果和結(jié)論，可以作為結(jié)論性評價。

替代方案

本實驗簡單易行，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，因為馬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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